氧化铝生产种分过程中气—液两相流动的数值模拟

摘要

本文通过对晶种分解过程及主要设备的详细研究，综合利用多相流体力学、计算流体力学及传输过程等理论，构建了晶种分解过程多相流动的多流体模型；以商业软件CFX4.3为平台，研制开发了晶种分解过程多相流动的数值模拟系统。以两种不同结构的空气搅拌式种分槽为研究对象，完成了晶种分解过程气-液两相流动的三维数值模拟。数值模拟结果表明，种分槽内的流场分布对铝酸钠溶液的混合、槽内结疤等现象有着直接的影响；翻料管为喇叭套管的种分槽内溶液循环量大，副风管的的上提强化了种分槽下部溶液的扰动，其流场明显优于翻料管为直套管的种分槽。 建立了晶种分解过程中的标量传输模型，并与气-液两相流动的多流体模型耦合，研制开发了晶种分解过程中铝酸钠溶液扩散及分解时间的数值模拟程序。计算结果表明，翻料管为直套管的种分槽内存在明显的溶液“短路”现象，溶液在槽内的分解时间低于翻料管为喇叭套管的种分槽。 设计并制作了晶种分解水模型实验装置，对晶种分解过程铝酸钠溶液的扩散与分解时间进行了实验研究。实验结果表明，不使用挡板的情况下种分槽内存在溶液“短路”现象；实验结果与数值模拟结果相吻合，证实了数值模拟程序的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1铝土矿资源概述及我国氧化铝工业现状

1.2拜耳法原理和基本流程

1.2.1拜耳法原理

1.2.2拜耳法基本流程

1.3晶种分解过程研究概况

1.3.1晶种分解过程的机理

1.3.2晶种分解反应过程

1.4晶种分解过程的主要设备

1.5本文研究内容及意义

第二章种分过程多相流动的理论基础

2.1多相流数值模拟技术的发展概况

2.2多相流动的数学模型

2.2.1单相流动的数学模型

2.2.2多相流动的数学模型

2.3本章小结

第三章种分过程多相流数值模拟的实现

3.1晶种分解过程中料浆流动型态的确定

3.2晶种分解设备及传输过程的抽象与简化

3.3网格的划分

3.4数学模型

3.5边界条件

3.6偏微分方程的离散化

3.7压力与速度耦合关系的处理

3.8程序的实现

3.9迭代过程的收敛策略

3.10本章小结

第四章数值模拟结果的讨论与数学模型的验证

4.1数值模拟工况

4.2数值模拟结果的讨论与分析

4.3数学模型的实验验证

4.3.1水模型实验的设计

4.3.2水模型实验结果与数值模拟结果的比较与分析

4.4本章小结

第五章分解时间的数值模拟

5.1影响晶种分解过程的主要因素

5.2分解时间的数值模拟

5.2.1分解时间数值模拟的基本思想及基本概念

5.2.2分解时间数值模拟结果的讨论与分析

5.3分解时间数学模型的实验验证

5.4本章小结

第六章结论与建议

参考文献

攻读学位期间的主要研究成果

致谢