面向在線仿真的鋁電解槽電—熱場耦合建模研究
發(fā)布時間：2021-11-11 15:38
摘要：工業(yè)鋁電解槽內電-熱場始終處于一個動態(tài)平衡的狀態(tài),其分布直接影響電解槽的能耗和槽壽命指標。建立面向在線仿真的鋁電解槽電-熱場模型對于實時獲悉槽內電-熱場的分布與變化趨勢,從而及時調整電解工藝技術條件以確保電解槽始終處于高效穩(wěn)定的運行狀態(tài)具有十分重要的理論意義和實用價值。本文針對當前鋁電解槽電-熱場面向在線仿真模型的準確性有待提高、計算效率偏低及忽略全槽空間分布等缺陷,通過完善電-熱場強耦合理論計算模型、制定高效的槽幫迭代策略以及優(yōu)化模型的計算效率,建立基于陽極電流分布的鋁電解槽電-熱場在線仿真模型,論文主要創(chuàng)新點及成果歸納如下：（1）在分析鋁電解槽能量收支、電-熱平衡以及電-熱場耦合關系的基礎上,建立了包含熔體內電化學反應熱效應、槽幫與熔體換熱、熔體界面之間換熱的鋁電解槽電-熱場強耦合模型。并以某420kA級鋁電解槽為算例,在ANSYS平臺上進行了仿真計算。同時,根據(jù)電解槽的結構特性,在保證計算精度的基礎上,優(yōu)化模型的結構,提高了模型的計算效率,為電-熱場的耦合在線仿真提供了高效的基礎計算模型。（2）基于最優(yōu)化理論及槽幫形狀計算原理,設計了基于二分法和黃金分割法的三維槽幫形狀迭代...
【文章來源】：中南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
DupuisM所建立的各類電解槽電-熱場模型
位論文 2文獻綜述element)代替了陽極鋼爪部分和陰極鋼棒部分，對用來連接碳材料的鋼材料的一維單元的禱鐵接觸電阻面單元進行校正，使陽極鋼爪部分部分具有了三維特性。并將該模型在瞬態(tài)模式中進行求解，計算了電分布，該模型具有較高的計算速度，因而可用于在線電-熱場的仿真型計算所得溫度分布如圖2-4所示。4Z ? 63
用以研究電解槽在焦粒被燒過程中的內襯溫度分布，并以某300kA槽為例進行了計算。其在ANSYS中的有限元模型如圖2-5所示。這一在瞬態(tài)模式中求解的模型需要使用配置較高的計算機硬件花費很長的來計算焦粒被燒過程中的溫度變化情況，且由于實際正常運行后的電解槽槽況處于隨機的變動狀態(tài)下，不像焦粒被燒過程的電解槽狀態(tài)一樣具有可預測性和穩(wěn)定的變化趨勢，因此這一模型無法滿足在線仿真對槽況隨機變化和模型計算速度的要求，且該模型嚴格意義上來說，并非一個在線仿真的模型。m圖2-5焦粒被燒過程中的四分之一銘電解槽有限元模型我國在鍋電解槽在線動態(tài)仿真研究方面也展開過較深入的研究，主要集中在11
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋁電解槽電-熱場強耦合建模計算方法[J]. 徐宇杰,李劼,尹誠剛,楊帥,張紅亮,呂曉軍. 中國有色金屬學報. 2014(01)
[2]新型陰極鋼棒對鋁電解槽電熱場的影響[J]. 尹誠剛,李劼,徐宇杰,楊帥,賴延清,江南,張紅亮. 中國有色金屬學報. 2014(01)
[3]鋁電解槽異型陰極鋼棒的對比仿真研究[J]. 李劼,尹誠剛,張紅亮,楊帥,徐宇杰,宗傳鑫. 輕金屬. 2013(01)
[4]鋁電解槽預焙陽極開槽對氣泡排出的影響[J]. 楊帥,張紅亮,徐宇杰,張翮輝,鄒忠,李劼,賴延清. 中南大學學報(自然科學版). 2012(12)
[5]鋁電解槽鋼棒加高型陰極對鋁液中水平電流的優(yōu)化[J]. 楊帥,李劼,徐宇杰,張紅亮,張翮輝,鄒忠,賴延清. 中國有色金屬學報. 2012(10)
[6]預焙鋁電解槽三維槽幫形狀的模擬計算[J]. 崔喜風,鄒忠,張紅亮,李劼,徐宇杰. 中南大學學報(自然科學版). 2012(03)
[7]大型預焙陽極鋁電解槽內襯結構優(yōu)化[J]. 丁吉林,張紅亮,劉永強,張大信. 中南大學學報(自然科學版). 2011(12)
[8]導流式鋁電解槽電熱平衡計算建模與應用[J]. 周乃君,童道輝,張家奇,王瑞雪. 中南大學學報(自然科學版). 2011(12)
[9]160kA預焙鋁電解槽電流強化后熱平衡的數(shù)值計算[J]. 張紅亮,張翮輝,李劼,呂曉軍,徐宇杰,崔喜風,丁鳳其,鄒忠. 輕金屬. 2011(11)
[10]預焙鋁電解槽在線仿真槽況診斷專家系統(tǒng)研究[J]. 鄧勝祥,馬和平,謝青松,周孑民,周萍,林藝. 計算機測量與控制. 2011(08)
碩士論文
[1]基于界面?zhèn)鳠釞C理的鋁電解槽綜合熱場分析模型及其應用[D]. 楊帥.中南大學 2013
[2]20kA級惰性電極鋁電解槽多物理場仿真及結構優(yōu)化[D]. 崔喜風.中南大學 2011
[3]基于ANSYS的大型預焙鋁電解槽熱電場的仿真[D]. 馬素紅.北方工業(yè)大學 2007
[4]鋁電解槽糟殼溫度在線檢測與槽況診斷專家系統(tǒng)的研究與應用[D]. 劉正.中南大學 2007
[5]鋁電解槽槽膛內形在線監(jiān)測的研究及應用[D]. 林燕.中南大學 2007
本文編號：3489114
【文章來源】：中南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
DupuisM所建立的各類電解槽電-熱場模型
位論文 2文獻綜述element)代替了陽極鋼爪部分和陰極鋼棒部分，對用來連接碳材料的鋼材料的一維單元的禱鐵接觸電阻面單元進行校正，使陽極鋼爪部分部分具有了三維特性。并將該模型在瞬態(tài)模式中進行求解，計算了電分布，該模型具有較高的計算速度，因而可用于在線電-熱場的仿真型計算所得溫度分布如圖2-4所示。4Z ? 63
用以研究電解槽在焦粒被燒過程中的內襯溫度分布，并以某300kA槽為例進行了計算。其在ANSYS中的有限元模型如圖2-5所示。這一在瞬態(tài)模式中求解的模型需要使用配置較高的計算機硬件花費很長的來計算焦粒被燒過程中的溫度變化情況，且由于實際正常運行后的電解槽槽況處于隨機的變動狀態(tài)下，不像焦粒被燒過程的電解槽狀態(tài)一樣具有可預測性和穩(wěn)定的變化趨勢，因此這一模型無法滿足在線仿真對槽況隨機變化和模型計算速度的要求，且該模型嚴格意義上來說，并非一個在線仿真的模型。m圖2-5焦粒被燒過程中的四分之一銘電解槽有限元模型我國在鍋電解槽在線動態(tài)仿真研究方面也展開過較深入的研究，主要集中在11
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋁電解槽電-熱場強耦合建模計算方法[J]. 徐宇杰,李劼,尹誠剛,楊帥,張紅亮,呂曉軍. 中國有色金屬學報. 2014(01)
[2]新型陰極鋼棒對鋁電解槽電熱場的影響[J]. 尹誠剛,李劼,徐宇杰,楊帥,賴延清,江南,張紅亮. 中國有色金屬學報. 2014(01)
[3]鋁電解槽異型陰極鋼棒的對比仿真研究[J]. 李劼,尹誠剛,張紅亮,楊帥,徐宇杰,宗傳鑫. 輕金屬. 2013(01)
[4]鋁電解槽預焙陽極開槽對氣泡排出的影響[J]. 楊帥,張紅亮,徐宇杰,張翮輝,鄒忠,李劼,賴延清. 中南大學學報(自然科學版). 2012(12)
[5]鋁電解槽鋼棒加高型陰極對鋁液中水平電流的優(yōu)化[J]. 楊帥,李劼,徐宇杰,張紅亮,張翮輝,鄒忠,賴延清. 中國有色金屬學報. 2012(10)
[6]預焙鋁電解槽三維槽幫形狀的模擬計算[J]. 崔喜風,鄒忠,張紅亮,李劼,徐宇杰. 中南大學學報(自然科學版). 2012(03)
[7]大型預焙陽極鋁電解槽內襯結構優(yōu)化[J]. 丁吉林,張紅亮,劉永強,張大信. 中南大學學報(自然科學版). 2011(12)
[8]導流式鋁電解槽電熱平衡計算建模與應用[J]. 周乃君,童道輝,張家奇,王瑞雪. 中南大學學報(自然科學版). 2011(12)
[9]160kA預焙鋁電解槽電流強化后熱平衡的數(shù)值計算[J]. 張紅亮,張翮輝,李劼,呂曉軍,徐宇杰,崔喜風,丁鳳其,鄒忠. 輕金屬. 2011(11)
[10]預焙鋁電解槽在線仿真槽況診斷專家系統(tǒng)研究[J]. 鄧勝祥,馬和平,謝青松,周孑民,周萍,林藝. 計算機測量與控制. 2011(08)
碩士論文
[1]基于界面?zhèn)鳠釞C理的鋁電解槽綜合熱場分析模型及其應用[D]. 楊帥.中南大學 2013
[2]20kA級惰性電極鋁電解槽多物理場仿真及結構優(yōu)化[D]. 崔喜風.中南大學 2011
[3]基于ANSYS的大型預焙鋁電解槽熱電場的仿真[D]. 馬素紅.北方工業(yè)大學 2007
[4]鋁電解槽糟殼溫度在線檢測與槽況診斷專家系統(tǒng)的研究與應用[D]. 劉正.中南大學 2007
[5]鋁電解槽槽膛內形在線監(jiān)測的研究及應用[D]. 林燕.中南大學 2007
本文編號：3489114
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