铝熔炼炉模拟研究：固液区与孔隙率影响分析

"蓄热式铝熔炼炉熔炼过程的数值模拟 (2011年)" 本文详细探讨了蓄热式铝熔炼炉的熔炼过程，并通过数值模拟方法进行了深入研究。研究背景是为了提高铝熔炼炉的性能并对其进行优化。文章作者来自中南大学能源科学与工程学院和苏州新长光热能科技有限公司，发表于2011年的《中国有色金属学报》第21卷第9期。 在研究中，作者首先构建了一个基于现有蓄热式圆形铝熔炼炉的基本模型。接着，他们耦合了用户自定义的熔化模型和氧化烧损模型，利用计算流体力学软件FLUENT对燃烧空间和熔池的耦合物理场进行了数值模拟。这种方法使他们能够细致地分析不同固液区和不同孔隙率对铝和铝合金熔炼过程的影响。 研究结果显示，所建立的模型能够准确地再现铝熔炼炉的熔炼过程，为进一步优化熔炼过程的工艺参数提供了理论依据。具体影响规律如下： 1. 铝液温度在固液共存区域内的上升速度相对较慢，而当铝液离开固液相线后，其温度上升速率明显加快。这揭示了熔炼过程中铝液温度变化的特征。 2. 炉膛温度随熔炼时间呈现周期性增加，这可能与炉子的加热和冷却周期有关，反映了蓄热式熔炼炉的特性。 3. 氧化层质量则遵循抛物线规律随熔炼时间增加，这暗示了氧化反应在熔炼过程中的动态变化。 4. 随着氧化层厚度的增加，铝液温度对孔隙率的敏感度降低，即孔隙率对铝液温度的增加影响减弱。 这些发现对于理解铝熔炼过程中热量传递、氧化反应和熔炼效率等关键因素具有重要意义，同时也为改善熔炼工艺、提高能源效率和减少氧化损失提供了理论指导。通过这样的数值模拟，工程师和研究人员可以更精确地预测和控制熔炼过程，从而实现更高效、更环保的铝冶炼操作。