電解槽是目前制備鋁的主要裝備之一,在生產(chǎn)過(guò)程中,槽內(nèi)的物理場(chǎng)十分復(fù)雜。對(duì)電解槽內(nèi)的物理場(chǎng)進(jìn)行研究有助于指導(dǎo)電解槽的設(shè)計(jì),提高電流效率和電解槽的壽命,具有重要的工程意義。本文采用有限單元法,利用大型有限元軟件ANSYS對(duì)電解槽的電熱場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)、鈉膨脹應(yīng)力進(jìn)行模擬,并對(duì)電解槽運(yùn)行過(guò)程中的典型工況,如換極、出鋁、焙燒啟動(dòng)等,進(jìn)行了模擬,本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果有:（1）建立了電解槽全槽電-熱耦合計(jì)算模型,重點(diǎn)考慮了陽(yáng)極炭塊高度分布不均勻,化學(xué)反應(yīng)吸熱等因素影響。經(jīng)過(guò)計(jì)算,得到了電解槽在正常生產(chǎn)下的溫度分布、散熱量分布,并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)計(jì)算得到的溫度分布與實(shí)測(cè)溫度分布具有較好的一致性,證明了本文計(jì)算模型的合理性。（2）建立了電解槽熱應(yīng)力-鈉膨脹耦合計(jì)算模型,提出了利用傳熱和擴(kuò)散的相似性來(lái)模擬鈉擴(kuò)散的方法,通過(guò)計(jì)算,給出了電解槽生產(chǎn)一年后陰極炭塊中的鈉濃度分布,并給出了電解槽在鈉膨脹應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用下的耦合應(yīng)力場(chǎng)。通過(guò)合理考慮材料非線性、摩擦接觸非線性以及部分保溫內(nèi)襯的受熱收縮效應(yīng),本文模型結(jié)果與實(shí)際觀察結(jié)果符合良好。（3）建立了電解槽瞬態(tài)電熱場(chǎng)計(jì)算模型,首次模擬了換極工況下電解槽... 

【文章來(lái)源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
    1.3 本文研究?jī)?nèi)容
2 電解槽電熱場(chǎng)的耦合計(jì)算
    2.1 模型說(shuō)明
    2.2 材料屬性
    2.3 數(shù)學(xué)模型及邊界條件
    2.4 后處理與結(jié)果分析
    2.5 本章小結(jié)
3 熱應(yīng)力-鈉膨脹的耦合計(jì)算
    3.1 鈉濃度的計(jì)算及鈉膨脹的等效
    3.2 熱應(yīng)力計(jì)算
    3.3 后處理和結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
4 換極工況對(duì)電解槽電熱場(chǎng)的影響
    4.1 引言
    4.2 模型說(shuō)明
    4.3 換極工況計(jì)算思路
    4.4 邊界條件和載荷步設(shè)置
    4.5 后處理與結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
5 出鋁操作對(duì)電解槽熱場(chǎng)的影響
    5.1 引言
    5.2 出鋁工況模型簡(jiǎn)化與計(jì)算思路
    5.3 不同極距下電解質(zhì)生熱率計(jì)算
    5.4 載荷步及邊界條件設(shè)置
    5.5 后處理與結(jié)果分析
    5.6 本章小結(jié)
6 覆蓋料厚度對(duì)電解槽熱場(chǎng)和結(jié)構(gòu)的影響
    6.1 引言
    6.2 模型說(shuō)明及計(jì)算思路
    6.3 熱場(chǎng)計(jì)算
    6.4 熱應(yīng)力計(jì)算
    6.5 本章小結(jié)
7 焙燒啟動(dòng)工況對(duì)電解槽結(jié)構(gòu)的影響
    7.1 引言
    7.2 熱場(chǎng)計(jì)算
    7.3 熱應(yīng)力計(jì)算
    7.4 本章小結(jié)
8 總結(jié)與展望
    8.1 總結(jié)
    8.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士期間發(fā)表的論文及參與的科研項(xiàng)目


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大型鋁電解槽72小時(shí)焙燒啟動(dòng)實(shí)踐[J]. 沈冰,陳世月.  輕金屬. 2014(11)
[2]陽(yáng)極換極溫度對(duì)鋁電解槽運(yùn)行工況的影響及改進(jìn)措施[J]. 高峰,劉民章,李賢.  有色冶金節(jié)能. 2014(05)
[3]鋁電解槽電-熱場(chǎng)強(qiáng)耦合建模計(jì)算方法[J]. 徐宇杰,李劼,尹誠(chéng)剛,楊帥,張紅亮,呂曉軍.  中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2014(01)
[4]新型陰極鋼棒對(duì)鋁電解槽電熱場(chǎng)的影響[J]. 尹誠(chéng)剛,李劼,徐宇杰,楊帥,賴延清,江南,張紅亮.  中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2014(01)
[5]預(yù)焙鋁電解槽三維槽幫形狀的模擬計(jì)算[J]. 崔喜風(fēng),鄒忠,張紅亮,李劼,徐宇杰.  中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(03)
[6]預(yù)焙槽的三維電熱場(chǎng)仿真[J]. 張欽菘,楊曉東,劉雅峰,周東方,劉銘.  輕金屬. 2012(03)
[7]我國(guó)電解鋁工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 單淑秀.  輕金屬. 2011(08)
[8]我國(guó)鋁電解槽計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究發(fā)展及現(xiàn)狀[J]. 李劍虹,涂贛峰,戚喜全,毛繼紅,呂定雄,馮乃祥.  材料與冶金學(xué)報(bào). 2010(03)
[9]鋁電解質(zhì)成分對(duì)鈉和電解質(zhì)滲透行為的影響[J]. 劉世英,李文珍,王兆文,石忠寧.  有色金屬. 2010(03)
[10]120kA預(yù)焙電解槽出鋁作業(yè)后附加電壓的探討[J]. 于曉科.  材料與冶金學(xué)報(bào). 2010(S1)

碩士論文
[1]300kA鋁電解槽電熱應(yīng)力場(chǎng)及鈉膨脹應(yīng)力的仿真優(yōu)化研究[D]. 伍玉云.中南大學(xué) 2007
[2]鋁電解槽三維全槽模擬研究[D]. 陶沙.華中科技大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3549335