شبیه سازی هیدرودینامیکی جریان دوفازی در یک سلول الکترو- وینینگ صنعتی

الکترو- وینینگ فرآیند نشاندن یون های مس محلول در الکترولیت داخل سلول روی کاتد توسط ایجاد جریان الکتریکی است. در تحقیق حاضر، شبیه­سازی هیدرودینامیکی این سلول ها در مجتمع مس میدوک با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مطالعه می­شود. نرم افزار مورد استفاده Ansys CFX است. معادلات ناویر استوکس و پیوستگی به صورت دو فازی مایع و گاز، آشفته، تراکم ناپذیر و حالت پایدار در نظر گرفته می شوند و معادله مربوط به غلظت مس در الکترولیت با در نظر گرفتن شرط مرزی خاص آن حل خواهد شد. آشفتگی جریان با استفاده از روابط مدل خواهد شد. به علت زیادبودن تغییرات خواص، نزدیک کاتد و آند و هم­چنین بزرگ بودن حجم سلول الکترو- وینینگ برای ایجاد شبکه خوب و افزایش سرعت و دقت جواب از شبیه­سازی کلی و موضعی در کنار هم استفاده شده است. ابتدا در شبیه­سازی کلی، کل هندسه سلول با ایجاد شبکه مناسب مدل می­شود سپس در شبیه­سازی موضعی تنها حجم بین دو کاتد از سلول در نظر گرفته شده و با مش بسیار ریزتر مدل می شود. داده­های مربوط به شرایط مرزی صفحات مرز مشترک در شبیه­سازی موضعی از داده­های مربوط به شبیه­سازی کلی به دست می­آید که این باعث افزایش دقت مدل سازی می­شود. مقایسه نتایج شبیه سازی کلی و موضعی نشان از افزایش دقت تا ۳۰% در نزدیک الکترودها خواهد داشت. از نتایج این شبیه­سازی بردار سرعت، مقدار غلظت اسید و مس، شدت آشفتگی، مقدار فشار و مقدار نسبت حجمی فاز اکسیژن در تمامی میدان سلول الکترو- وینینگ است. در آخر برای اعتبارسنجی مدل به دست آمده توسط آزمایشات صورت گرفته روی سلول واقعی در صنعت مقایسه شده اند. نتایج نشان از دقت بالا با مقدار انحراف کمتر از ۲.۵ درصدی این روش مدل سازی را می دهد.

کلیدواژه ها:

Hydrodynamic Simulation ، Computational Fluid Dynamics ، Electrowinning Cell ، General and Local Simulation ، Experimental Validation ، شبیه سازی هیدرودینامیکی ، دینامیک سیالات محاسباتی ، سلول الکترو- وینینگ ، شبیه سازی کلی و جزیی ، اعتبارسنجی آزمایشی