杨帅,等:铝电解槽预焙阳极开槽对气泡排出的影响 本文采用均相标准keε湍流模型进行计算 到CFX中设定相关计算参数并进行计算。 1.2模型及边界条件 根据槽内流体运动的情况,设定阳极底掌及与电 以某预焙铝电解槽设计方案的相关部分为研究对解质接触的侧部为气泡 Inlet边界,分别定义气泡覆盖 象,其阳极尺寸(长×宽×高)为1600mm×650mm×率及气体流量,气体的流量m-n按照下式计算: 550mm。计算中所需的工艺参数如表1所示。 722x2+14x 103 表1工艺参数 式中:η为电流通过侧部或底部的比例,本次计算取 Table 1 Technical parameters 侧部电流占总电流的15%;为阳极通过的总电流 极距/mm电解质水平/mm阳极流经电流/A x与x分别为阳极气体中CO2及CO的摩尔分数,本 次计算x与x分别取78%和22%;F为法拉第常数。 45 8000 电解质上表面为气体出口,定义为 Degassing边界 其余面均为不可滑移壁面;在本文选择的工艺条件下, 在铝电解阳极开槽的应用领域,存在长度和宽度根据前人的研究结果,阳极气泡平均直径可取10 方向开槽均在使用的现状,但同时也有学者提出更为 mm 8。 复杂的开槽方法,包括竖直方向的开槽或者各方向结1.3材料属性 合起来开槽的方法,本文分别研究在沿阳极长度方向 计算中所需的材料属性见表217 开槽、宽度方向开槽、竖直方向开槽下气泡在阳极底 掌下电解质中的分布及积存情况。对于此几种开槽方 表2材料性能 式,开槽宽度均为20mm;长度、宽度方向上开槽深 Table 2 Material properties 度均为300mm,竖直方向上导气槽均为通槽,即导 密度(kgm3)黏度(kgms) 气槽连通阳极底掌与阳极上表面,不开槽及几种不同 气泡 0.398 方向开槽的阳极炭块示意图如图1所示。仿真计算时 所有模型在 ANSYS中生成并进行网格划分,再输出 解质 2130 2.513×10-3 边距 b开槽深度 开槽宽度 开槽深度 (a)不开槽:(b)长度方向开槽:(c)宽度方向开槽;(d)竖直方向开槽 图1不同开槽方式的阳极示意图 Fig 1 Schematic diagrams of different carbon anodes第 12 期 杨帅，等：铝电解槽预焙阳极开槽对气泡排出的影响 4619  本文采用均相标准 k­ε 湍流模型进行计算。 1.2  模型及边界条件 以某预焙铝电解槽设计方案的相关部分为研究对 象，其阳极尺寸(长×宽×高)为 1 600 mm×650 mm× 550 mm。计算中所需的工艺参数如表 1 所示。 表 1  工艺参数 Table 1 Technical parameters  极距/mm 电解质水平/mm 阳极流经电流/A 45  220  8 000  在铝电解阳极开槽的应用领域，存在长度和宽度 方向开槽均在使用的现状，但同时也有学者提出更为 复杂的开槽方法，包括竖直方向的开槽或者各方向结 合起来开槽的方法，本文分别研究在沿阳极长度方向 开槽、宽度方向开槽、竖直方向开槽下气泡在阳极底 掌下电解质中的分布及积存情况。对于此几种开槽方 式，开槽宽度均为 20 mm；长度、宽度方向上开槽深 度均为 300  mm，竖直方向上导气槽均为通槽，即导 气槽连通阳极底掌与阳极上表面，不开槽及几种不同 方向开槽的阳极炭块示意图如图 1 所示。 仿真计算时， 所有模型在 ANSYS 中生成并进行网格划分，再输出 到 CFX 中设定相关计算参数并进行计算。 根据槽内流体运动的情况，设定阳极底掌及与电 解质接触的侧部为气泡 Inlet 边界， 分别定义气泡覆盖 率及气体流量，气体的流量 min 按照下式计算： a b in 3 a b 22 14 10 2 I x x  m F x x  h + = + (7)  式中：η  为电流通过侧部或底部的比例，本次计算取 侧部电流占总电流的 15%；I 为阳极通过的总电流； xa 与 xb 分别为阳极气体中 CO2 及 CO 的摩尔分数，本 次计算 xa 与 xb分别取 78%和 22%；F 为法拉第常数。 电解质上表面为气体出口，定义为 Degassing  边界， 其余面均为不可滑移壁面； 在本文选择的工艺条件下， 根据前人的研究结果，阳极气泡平均直径可取 10  mm [18] 。 1.3  材料属性 计算中所需的材料属性见表 2 [17] 。 表 2  材料性能 Table 2 Material properties 材料 密度/(kg∙m −3) 黏度/(kg∙m −1 ∙s −1) 气泡 0.398  5.055×10 −5 电解质 2 130  2.513×10 −3 (a) 不开槽；(b) 长度方向开槽；(c) 宽度方向开槽；(d) 竖直方向开槽 图 1  不同开槽方式的阳极示意图 Fig.1 Schematic diagrams of different carbon anodes