شبیه‌سازی هیدرودینامیکی جریان دوفازی در یک سلول الکترو- وینینگ صنعتی

الکترو وینینگ فرآیند نشاندن یون‌های مس محلول در الکترولیت داخل سلول روی کاتد توسط ایجاد جریان الکتریکی است. در تحقیق حاضر، شبیه سازی هیدرودینامیکی این سلول‌ها در مجتمع مس میدوک با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مطالعه می شود. نرم‌افزار مورد استفاده ansys cfx است. معادلات ناویر استوکس و پیوستگی به صورت دو فازی مایع و گاز، آشفته، تراکم‌ناپذیر و حالت پایدار در نظر گرفته می‌شوند 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 هم چنین بزرگ‌بودن حجم سلول الکترو وینینگ برای ایجاد شبکه خوب و افزایش سرعت و دقت جواب از شبیه سازی کلی و موضعی در کنار هم استفاده شده است. ابتدا در شبیه سازی کلی، کل هندسه سلول با ایجاد شبکه مناسب مدل می شود سپس در شبیه سازی موضعی تنها حجم بین دو کاتد از سلول در نظر گرفته شده و با مش بسیار ریزتر مدل می‌شود. داده های مربوط به شرایط مرزی صفحات مرز مشترک در شبیه سازی موضعی از داده های مربوط به شبیه سازی کلی به دست می آید که این باعث افزایش دقت مدل‌سازی می شود. مقایسه نتایج شبیه‌سازی کلی و موضعی نشان از افزایش دقت تا 30% در نزدیک الکترودها خواهد داشت. از نتایج این شبیه سازی 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 شده‌اند. نتایج نشان از دقت بالا با مقدار انحراف کمتر از 2.5 درصدی این روش مدل‌سازی را می‌دهد.

Hydrodynamic Simulation of Two Phase Flow in an Industrial Electrowinning Cell

Electrowinning is the process of copper deposing from the intracellular electrolyte solution to the cathode by creating an electric current. In the present study, the hydrodynamic simulation of the electrowinning cell of Miduk Copper Complex is studied using computational fluid dynamics. AnsysCFX software is used for this modeling. Navier Stokes and continuity equations are considered as the twophase fluid and gas, turbulent, incompressible and steady states and the equation for copper concentration in the electrolyte will be solved with consideration of its specific boundary condition. Turbulence will be modeled using the k omega; method. The general and local simulations have been used together due to the large variation in the properties, close to the cathode and anode, and the large volume of the cell, to create a good mesh and increase the speed and accuracy of the solution. First, in general simulation, the entire geometry of the cell is modeled by creating a suitable mesh. Then in the local simulation, only the volume between the two cathodes of the cell is considered and modeled with higher precision. Data on boundary conditions in the local simulation of interface boundary are obtained with general simulation data, which increases the accuracy of modeling. Comparison of the results of general and local simulations shows an accuracy of up to 30% in close to the electrodes. The results of this simulation are the velocity vector, the concentration of acid and copper, the turbulence intensity, pressure and the volume fraction of the oxygen phase in the whole of the electrowinning cell. Finally, the model has been validated by experiments on the real cells. The results show the high accuracy of this modeling technique with less than 2.5% deviation.