11059

11059

مدل‌سازي جريان سيال ناشي از حركت حباب‌هاي آزاد شده از سطح زيرين آند در سلول احيا آلومينيم

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد - استخراج فلزات

آذر 1391

آذر 1391

دكتر سيد حسين سيدين - دكتر محمدرضا ابوطالـبي

دكتر محمدرضا افشار مقدم

چكيده سلول‌هاي هال-هرولت براي احياء آلومينيم بيش از صد سال است كه شناخته شده است. توصيف كمي جزئيات، نيازمند درك پديده¬هاي مختلف فيزيكي و شيميايي فرايند مي‌باشد و تنها از طريق دستيابي به قدرت محاسباتي مناسب و روش‌هاي عددي در چند دهه¬ي اخير امكان¬پذير شده است. در دو دهه اخير به واسطه¬ي پيشرفت‌هايي در سرعت محاسبات، بهبود نرم¬افزار و الگوريتم‌هاي چندفازي، ديناميك سيالات محاسباتي توسعه يافت، تا آنجا كه براي پيش-بيني جريان‌هاي گاز-مايع پيچيده مانند سلول الكتروليز آلومينيم به كار برده مي‌شود. ابتدا يافته¬هاي اخير محققان در زمينه نحوه¬ي شكل¬گيري و حركت حباب بررسي شده است. در اين پژوهش با صرف¬نظر كردن از ساير پارامترهاي دخيل، حركت حباب و عوامل مؤثر بر آن با تكيه بر طراحي آند به گونه¬ايي كارآمد بررسي شده است. با افزايش شيب آند، حركت حباب‌ها سريع‌تر شده و فيلم گازي كامل نارسانا برخلاف آندي با شيب صفر درجه تشكيل نمي‌شود. شيب آند بايد به گونه¬ايي طراحي شود كه هم باعث خروج سريع حباب‌هاي گازي و هم مانع از تلاطم خيلي زياد حمام شود (تلاطم به ميزاني كه موجب اختلاط آلومينا و مانع از ايجاد گراديان دمايي در كريوليت شود.). شيب مناسب براي آند با مشخص نمودن بقيه پارامترهاي مربوط به سلول به صورت همزمان بايد در نظر گرفته شود. در اين پژوهش آند با لبه¬ي منحني شكل و لبه¬ي تيز از نقطه نظر خروج بهتر حباب مقايسه شده است. همچنين ميدان جريان ايجاد شده در كانال كناري و اثر آن روي حركت حباب در زير آند با تغيير اندازه¬ي كانال نشان داده شده است. به منظور اعتبارسنجي مدل، شبيه¬سازي و نتايج حاصل با اطلاعات تجربي در دسترس مقايسه شده است. مدل‌سازي‌ها در سيستم آب-هوا (داراي قابليت رؤيت درون سلول) انجام شده است. در ادامه، دو سيستم واقعي و سيستم آب-¬هوا مدل¬سازي شده و نتايج آنها با يكديگر مقايسه شده‌ است. لازم به ذكر است، سرعت حركت در سيستم آب-هوا نسبت به سيستم واقعي كمتر و ضخامت حباب آن بيشتر است. بنابراين بايد در به كاربردن پارامترهاي حاصل از مدل¬سازي فيزيكي در سيستم واقعي اين تفاوت‌ها را لحاظ كرد. كلمات كليدي: سلول احيا آلومينيم، حركت حباب، ميدان جريان حمام، سيستم آب-هوا