《磁場中兩層流體的Marangoni對流傳質特性研究》是依託中南大學，由李賀松擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁場中兩層流體的Marangoni對流傳質特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李賀松
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
受界面張力梯度的影響，冶金中多層高溫熔體之間會出現Marangoni對流傳質現象，這對冶金過程的穩定性造成危害。本項目以磁場下鋁電解兩層流體的Marangoni對流傳質特性為研究對象，試圖探討出兩層流體Marangoni對流和洛侖磁力對流的耦合作用機理、不同條件下兩層帶電流體的Marangoni對流的穩定性、抑制Marangoni對流強度的合理外力分布等對流傳質現象。擬採用電磁模型和Marangoni對流模型的循環耦合方法對洛侖磁力和表面張力的作用機理進行研究，採用線性理論和導入相似穩定性準則相結合的方法對磁流體穩定性和Marangoni對流穩定性之間的關係進行研究，採用遺傳算法對抑制Marangoni對流傳質的合理外力分布進行研究。研究成果可為提高冶金過程的穩定性和加深對冶金過程的認識提供理論支持。
結題摘要
開發一套精度較高的能反映實際工業工程的鋁電解槽內熔體流動傳質模型，探索了鋁液擴散機理及影響因素。本項目的主要創新點及研究成果如下： （1）建立了鋁電解槽鋁液/電解質穩態兩相流模型，實現了該模型下全域流場及鋁液/電解質界面變形的模擬仿真。對175KA系列鋁電解槽的全槽流場進行了穩態研究，結果表明，鋁電解槽中的不同高度界面的流場較為一致，四個界面上的速度矢量都呈現出兩個軸對稱的大漩渦——左邊的大漩渦是逆時針方向的，右邊的則是順時針方向；此外，在煙道端、出鋁端和大面中部位置，存在大小不一的小漩渦。仿真結果與測試結果基本一致。 （2）基於槽內鋁溶解損失機理分析，並結合多相流相間傳質機理，建立了基於熔體流場的鋁液傳質輸運模型，得出了鋁電解槽極距區間鋁液濃度分布。套用本模型分析某175KA系列工業鋁電解槽的極距區間鋁液溶解過程。結果表明，由於工業槽內熔體流速及湍流擴散的區域性差異，在達到飽和濃度之前，進電側的鋁液濃度比出電側的鋁液濃度低。對流擴散幾乎決定了鋁液的濃度分布。 （3）針對前人建立的鋁電解槽流場計算模型中忽視了鋁液/電解質界面表面張力的不足，建立了鋁電解槽內Marangoni對流傳質的數學模型，重點研究了Marangoni對流對熔體運動的影響。計算結果表明，鋁電解槽中的Marangoni對流不處於主導地位，Marangoni對流驅動的熔體流速的數量級為10-3m/s，和鋁電解槽內實際流速數量級10-1m/s相比可以忽略。但是Marangoni對流一定程度上增大了鋁液傳質係數。 （4）比較了不同磁場下的熔體流動和鋁液傳質。經計算發現BX 、BY、BZ對熔體流速的影響不大；但是減小BZ，將會增加鋁液/電解質界面的起伏程度。不同磁場下，鋁液傳質係數差別明顯。
