320kA鋁電解槽電-磁-流場耦合仿真及性能評估方法.pdf

1、鋁電解槽內(nèi)電-磁-流場等物理場的相互耦合作用，對鋁電解槽的穩(wěn)定性、電流效率、電耗和槽壽命等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要影響。因此，研究鋁電解槽多物理場的耦合關(guān)系，進(jìn)行電-磁-流場的耦合仿真，并根據(jù)各物理場場量與槽穩(wěn)定性，電流效率和電耗之間關(guān)系，提出衡量鋁電解槽綜合性能的評估方法，對電解槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和開發(fā)新型電解槽具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。
　　 本文以320kA預(yù)焙鋁電解槽為研究對象，深入分析鋁電解原理和電解槽結(jié)構(gòu)，研究鋁電解槽各物理場的

2、特點(diǎn)及其各物理場間的耦合關(guān)系，為搭建鋁電解槽內(nèi)電-磁-流場耦合仿真平臺和提出綜合性能評估方法提供了理論依據(jù)。論文主要研究工作包括:
　　 (1)在ANSYS軟件環(huán)境下，建立用于電-磁-流多物理場耦合仿真的320kA預(yù)焙鋁電解槽實(shí)體模型和有限元模型，基于ANSYS有限元法完成了電磁場計(jì)算，得到了電磁場的分布規(guī)律。
　　 (2)根據(jù)流場仿真的內(nèi)容簡化鋁電解槽模型，基于FLUENT軟件及其有限體積法建立了帶母線以及不帶母線的兩

3、種湍流模型，借助于中南大學(xué)高性能計(jì)算平臺完成計(jì)算，得到流速、界面波動以及電磁力的仿真結(jié)果，并從這三方面對流場進(jìn)行了分析，論證了所建湍流模型的正確性以及建模方案的有效性。
　　 (3)分析影響鋁電解槽穩(wěn)定性和能耗的相關(guān)因素，提出了一種基于電磁力信息熵的槽穩(wěn)定性與能耗的綜合評價(jià)方法，并應(yīng)用于不同極距配置下320kA鋁電解槽的電磁場研究。研究表明，該指標(biāo)能夠有效地對槽穩(wěn)定性和能耗進(jìn)行綜合評估，且其評估結(jié)果揭示了極距對鋁電解槽的穩(wěn)定性、