鋁電解槽是工業(yè)生產(chǎn)鋁的核心設(shè)備,其多物理場分布狀況顯著影響生產(chǎn)的各項技術(shù)經(jīng)濟指標。目前,鋁電解槽正向大容量、節(jié)能型方向快速發(fā)展,已有電解槽物理場建模研究方法已難以應(yīng)對技術(shù)發(fā)展的需求。本文針對傳統(tǒng)鋁電解槽物理場模型在理論及適用性上的缺陷,開展系統(tǒng)的可適用于大容量節(jié)能鋁電解槽的多物理場耦合建模研究,并以所建模型為基礎(chǔ),開展槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論研究,進而為大容量節(jié)能鋁電解槽及其運轉(zhuǎn)技術(shù)的開發(fā)提供必要的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。本文的主要研究內(nèi)容與成果如下：（1）建立了適用于大容量節(jié)能鋁電解槽的三維瞬態(tài)三相（鋁液-電解質(zhì)-陽極氣泡）磁流體模型,結(jié)合實際算例對多種磁流體模型進行了對比,證明了忽略陽極氣泡相建�；蚧诜�(wěn)態(tài)假設(shè)建模均可導(dǎo)致計算結(jié)果缺失重要信息；同時,基于瞬態(tài)三相磁流體研究獲悉了陽極氣泡相對磁流體行為的重要影響：陽極氣泡相顯著改變電解質(zhì)流場,并通過鋁液-電解質(zhì)相間作用力間接削弱鋁液中由電磁力引起的環(huán)流,氣泡使鋁液-電解質(zhì)界面上呈現(xiàn)出陽極底面投影,并改變在電磁力與重力共同作用下的界面擾動行為,使長周期界面波動不再顯著,轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)一種相對高頻的擾動。（2）建立了一種大容量鋁電解槽電-熱場強耦合模型,結(jié)合... 

【文章來源】：中南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

預(yù)培陽極銘電解槽結(jié)構(gòu)示意圖

大學(xué)博士學(xué)位論文 1緒SYS平臺上建立了 230 kA槽的磁場計算模型，作者認為，用Biot-Savart定體積分形式計算槽內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場將產(chǎn)生較大的誤差，模型包含磁介質(zhì)與產(chǎn)生0.4~0.5 mT的結(jié)果差異，而母線電流簡化為線電流不會產(chǎn)生顯著誤差，計算同時使用標量磁位與矢量磁位，計算步驟較繁瑣，且可能存在重復(fù)考慮質(zhì)影響的問題。劉杰[3G]在ANSYS軟件平臺上建立了 350kA槽磁場計算模點考察了母線系統(tǒng)、同列鄰槽和鄰廠房槽對本槽磁場的影響，結(jié)果顯示各部對槽內(nèi)磁場的影響呈現(xiàn)不同規(guī)律，鄰槽和鄰廠房槽對本槽溶體區(qū)磁場的影忽略。劉偉[I9]以350 kA、320 kA招電解槽為研宄對象，較系統(tǒng)的研宄了電流分布及載流母線布置對磁場分布的影響，認為結(jié)構(gòu)設(shè)計使電場分布越均分布也越均勻，同時指出不引入電接觸可使磁場計算結(jié)果產(chǎn)生0.1?0.6 m差，考慮母線截面積變化可使磁場垂直分量降低0.3 mT?0.4 mT的計算誤

在研究陽極氣體作用下的電解質(zhì)流動方面，Solheim等較早地采用了數(shù)學(xué)建模方法來對實驗研究結(jié)果進行論證，作者建立了一種理想化的二維電解質(zhì)流場模型，給出了電解質(zhì)連續(xù)性方程和動量守恒方程，并且指出模型必須將電解質(zhì)和氣泡之間的界面作用力考慮進去。Purdie等[51]在FLUENT軟件平臺上建模計算了半陽極周圍電解質(zhì)在陽極氣泡作用下的運動，模型將電解質(zhì)下表面定義為壁面，8

【參考文獻】：
期刊論文
[1]預(yù)焙鋁電解槽三維槽幫形狀的模擬計算[J]. 崔喜風(fēng),鄒忠,張紅亮,李劼,徐宇杰.  中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2012(03)
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[3]5kA級惰性陽極鋁電解槽熱平衡仿真[J]. 李劼,王志剛,張紅亮,賴延清,徐宇杰.  中國有色金屬學(xué)報. 2009(02)
[4]鋁電解槽電磁流場的數(shù)學(xué)建模與應(yīng)用[J]. 劉偉,李劼,賴延清,徐宇杰,劉業(yè)翔.  中國有色金屬學(xué)報. 2008(05)
[5]鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)運動的數(shù)值模擬[J]. 夏小霞,王志奇,周乃君.  過程工程學(xué)報. 2007(02)
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[8]156kA鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)兩相流動的數(shù)值模擬[J]. 夏小霞,周乃君,崔大光,包生重.  中國有色金屬學(xué)報. 2006(11)
[9]鋁電解槽內(nèi)電-磁-流場的耦合仿真方法及應(yīng)用[J]. 姜昌偉,梅熾,周乃君,劉和云,傅俊萍.  計算物理. 2006(06)
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博士論文
[1]惰性陽極鋁電解槽物理場仿真研究[D]. 王志剛.中南大學(xué) 2009
[2]鋁電解槽多物理場數(shù)學(xué)建模及應(yīng)用研究[D]. 劉偉.中南大學(xué) 2008
[3]鋁電解槽內(nèi)電磁流動模型及鋁液流場數(shù)值仿真的研究[D]. 周萍.中南大學(xué) 2002

碩士論文
[1]20kA級惰性電極鋁電解槽多物理場仿真及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]. 崔喜風(fēng).中南大學(xué) 2011
[2]鋁電解槽內(nèi)熔體運動數(shù)學(xué)建模及應(yīng)用研究[D]. 徐宇杰.中南大學(xué) 2010
[3]大型預(yù)焙鋁電解槽電磁場設(shè)計與優(yōu)化研究[D]. 劉杰.中南大學(xué) 2007
[4]鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)流場的數(shù)值模擬研究[D]. 夏小霞.中南大學(xué) 2005



本文編號：3326022