鋁電解槽三維全槽模擬研究.pdf

1、鋁產(chǎn)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一直占據(jù)著重要地位。工業(yè)上通常是通過(guò)電解氧化鋁而得到金屬鋁，這一電解過(guò)程將消耗巨大的能量。隨著社會(huì)和科技的不斷發(fā)展，降低鋁電解能耗、提高鋁產(chǎn)量等問(wèn)題越來(lái)越受到重視，許多相關(guān)研究逐步得以開(kāi)展。 本課題研究的主要任務(wù)就是開(kāi)發(fā)針對(duì)鋁電解槽的專用分析平臺(tái)，對(duì)鋁電解槽三維熱－電耦合場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行研究分析，歸納、總結(jié)有關(guān)參數(shù)的變化、影響規(guī)律，從而為電解槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行提供依據(jù)。 長(zhǎng)期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)

2、與研究表明：鋁電解槽的電熱分布狀況對(duì)電流效率、噸鋁能耗和槽壽命等都有很大影響。因此對(duì)電熱分布狀況的深入研究無(wú)疑有著十分重要的意義。實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)電解槽的電熱分布狀況進(jìn)行經(jīng)常性的直接測(cè)量非常困難。因此，必須探求一種間接方法來(lái)研究電熱分布狀況。國(guó)內(nèi)在八十年代開(kāi)始鋁電解槽電熱分布數(shù)值計(jì)算方面的研究工作，取得了一定的成果和經(jīng)濟(jì)效益。隨著鋁工業(yè)的飛速發(fā)展，原有的二維數(shù)值計(jì)算方法暴露出越來(lái)越多的不足。針對(duì)這種情況，本文開(kāi)展了鋁電解槽的電熱分布三維模型

3、的研究。 首先，對(duì)鋁電解槽結(jié)構(gòu)、正常生產(chǎn)工況以及國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的模型進(jìn)行了研究，明確了本課題所針對(duì)的靜態(tài)三維物理模型對(duì)象及其相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)根據(jù)傳熱學(xué)和電學(xué)知識(shí)，結(jié)合鋁電解槽的實(shí)際情況，給出了模型的電、熱邊界條件；其次，對(duì)所研究的三維靜態(tài)物理模型的能量收支情況進(jìn)行了深入分析，給出了相應(yīng)的能量平衡核算方法；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列模擬計(jì)算和分析比較，從各模型的散熱計(jì)算和材料物性的模擬兩方面比較了所研究的三維模型的優(yōu)越性，并結(jié)合所開(kāi)