面向在线仿真的铝电解槽电—热场耦合建模研究
发布时间：2021-11-11 15:38
摘要：工业铝电解槽内电-热场始终处于一个动态平衡的状态,其分布直接影响电解槽的能耗和槽寿命指标。建立面向在线仿真的铝电解槽电-热场模型对于实时获悉槽内电-热场的分布与变化趋势,从而及时调整电解工艺技术条件以确保电解槽始终处于高效稳定的运行状态具有十分重要的理论意义和实用价值。本文针对当前铝电解槽电-热场面向在线仿真模型的准确性有待提高、计算效率偏低及忽略全槽空间分布等缺陷,通过完善电-热场强耦合理论计算模型、制定高效的槽帮迭代策略以及优化模型的计算效率,建立基于阳极电流分布的铝电解槽电-热场在线仿真模型,论文主要创新点及成果归纳如下：（1）在分析铝电解槽能量收支、电-热平衡以及电-热场耦合关系的基础上,建立了包含熔体内电化学反应热效应、槽帮与熔体换热、熔体界面之间换热的铝电解槽电-热场强耦合模型。并以某420kA级铝电解槽为算例,在ANSYS平台上进行了仿真计算。同时,根据电解槽的结构特性,在保证计算精度的基础上,优化模型的结构,提高了模型的计算效率,为电-热场的耦合在线仿真提供了高效的基础计算模型。（2）基于最优化理论及槽帮形状计算原理,设计了基于二分法和黄金分割法的三维槽帮形状迭代...
【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DupuisM所建立的各类电解槽电-热场模型
位论文 2文献综述element)代替了阳极钢爪部分和阴极钢棒部分，对用来连接碳材料的钢材料的一维单元的祷铁接触电阻面单元进行校正，使阳极钢爪部分部分具有了三维特性。并将该模型在瞬态模式中进行求解，计算了电分布，该模型具有较高的计算速度，因而可用于在线电-热场的仿真型计算所得温度分布如图2-4所示。4Z ? 63
用以研究电解槽在焦粒被烧过程中的内衬温度分布，并以某300kA槽为例进行了计算。其在ANSYS中的有限元模型如图2-5所示。这一在瞬态模式中求解的模型需要使用配置较高的计算机硬件花费很长的来计算焦粒被烧过程中的温度变化情况，且由于实际正常运行后的电解槽槽况处于随机的变动状态下，不像焦粒被烧过程的电解槽状态一样具有可预测性和稳定的变化趋势，因此这一模型无法满足在线仿真对槽况随机变化和模型计算速度的要求，且该模型严格意义上来说，并非一个在线仿真的模型。m图2-5焦粒被烧过程中的四分之一铭电解槽有限元模型我国在锅电解槽在线动态仿真研究方面也展开过较深入的研究，主要集中在11
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝电解槽电-热场强耦合建模计算方法[J]. 徐宇杰,李劼,尹诚刚,杨帅,张红亮,吕晓军. 中国有色金属学报. 2014(01)
[2]新型阴极钢棒对铝电解槽电热场的影响[J]. 尹诚刚,李劼,徐宇杰,杨帅,赖延清,江南,张红亮. 中国有色金属学报. 2014(01)
[3]铝电解槽异型阴极钢棒的对比仿真研究[J]. 李劼,尹诚刚,张红亮,杨帅,徐宇杰,宗传鑫. 轻金属. 2013(01)
[4]铝电解槽预焙阳极开槽对气泡排出的影响[J]. 杨帅,张红亮,徐宇杰,张翮辉,邹忠,李劼,赖延清. 中南大学学报(自然科学版). 2012(12)
[5]铝电解槽钢棒加高型阴极对铝液中水平电流的优化[J]. 杨帅,李劼,徐宇杰,张红亮,张翮辉,邹忠,赖延清. 中国有色金属学报. 2012(10)
[6]预焙铝电解槽三维槽帮形状的模拟计算[J]. 崔喜风,邹忠,张红亮,李劼,徐宇杰. 中南大学学报(自然科学版). 2012(03)
[7]大型预焙阳极铝电解槽内衬结构优化[J]. 丁吉林,张红亮,刘永强,张大信. 中南大学学报(自然科学版). 2011(12)
[8]导流式铝电解槽电热平衡计算建模与应用[J]. 周乃君,童道辉,张家奇,王瑞雪. 中南大学学报(自然科学版). 2011(12)
[9]160kA预焙铝电解槽电流强化后热平衡的数值计算[J]. 张红亮,张翮辉,李劼,吕晓军,徐宇杰,崔喜风,丁凤其,邹忠. 轻金属. 2011(11)
[10]预焙铝电解槽在线仿真槽况诊断专家系统研究[J]. 邓胜祥,马和平,谢青松,周孑民,周萍,林艺. 计算机测量与控制. 2011(08)
硕士论文
[1]基于界面传热机理的铝电解槽综合热场分析模型及其应用[D]. 杨帅.中南大学 2013
[2]20kA级惰性电极铝电解槽多物理场仿真及结构优化[D]. 崔喜风.中南大学 2011
[3]基于ANSYS的大型预焙铝电解槽热电场的仿真[D]. 马素红.北方工业大学 2007
[4]铝电解槽糟壳温度在线检测与槽况诊断专家系统的研究与应用[D]. 刘正.中南大学 2007
[5]铝电解槽槽膛内形在线监测的研究及应用[D]. 林燕.中南大学 2007
本文编号：3489114
【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DupuisM所建立的各类电解槽电-热场模型
位论文 2文献综述element)代替了阳极钢爪部分和阴极钢棒部分，对用来连接碳材料的钢材料的一维单元的祷铁接触电阻面单元进行校正，使阳极钢爪部分部分具有了三维特性。并将该模型在瞬态模式中进行求解，计算了电分布，该模型具有较高的计算速度，因而可用于在线电-热场的仿真型计算所得温度分布如图2-4所示。4Z ? 63
用以研究电解槽在焦粒被烧过程中的内衬温度分布，并以某300kA槽为例进行了计算。其在ANSYS中的有限元模型如图2-5所示。这一在瞬态模式中求解的模型需要使用配置较高的计算机硬件花费很长的来计算焦粒被烧过程中的温度变化情况，且由于实际正常运行后的电解槽槽况处于随机的变动状态下，不像焦粒被烧过程的电解槽状态一样具有可预测性和稳定的变化趋势，因此这一模型无法满足在线仿真对槽况随机变化和模型计算速度的要求，且该模型严格意义上来说，并非一个在线仿真的模型。m图2-5焦粒被烧过程中的四分之一铭电解槽有限元模型我国在锅电解槽在线动态仿真研究方面也展开过较深入的研究，主要集中在11
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝电解槽电-热场强耦合建模计算方法[J]. 徐宇杰,李劼,尹诚刚,杨帅,张红亮,吕晓军. 中国有色金属学报. 2014(01)
[2]新型阴极钢棒对铝电解槽电热场的影响[J]. 尹诚刚,李劼,徐宇杰,杨帅,赖延清,江南,张红亮. 中国有色金属学报. 2014(01)
[3]铝电解槽异型阴极钢棒的对比仿真研究[J]. 李劼,尹诚刚,张红亮,杨帅,徐宇杰,宗传鑫. 轻金属. 2013(01)
[4]铝电解槽预焙阳极开槽对气泡排出的影响[J]. 杨帅,张红亮,徐宇杰,张翮辉,邹忠,李劼,赖延清. 中南大学学报(自然科学版). 2012(12)
[5]铝电解槽钢棒加高型阴极对铝液中水平电流的优化[J]. 杨帅,李劼,徐宇杰,张红亮,张翮辉,邹忠,赖延清. 中国有色金属学报. 2012(10)
[6]预焙铝电解槽三维槽帮形状的模拟计算[J]. 崔喜风,邹忠,张红亮,李劼,徐宇杰. 中南大学学报(自然科学版). 2012(03)
[7]大型预焙阳极铝电解槽内衬结构优化[J]. 丁吉林,张红亮,刘永强,张大信. 中南大学学报(自然科学版). 2011(12)
[8]导流式铝电解槽电热平衡计算建模与应用[J]. 周乃君,童道辉,张家奇,王瑞雪. 中南大学学报(自然科学版). 2011(12)
[9]160kA预焙铝电解槽电流强化后热平衡的数值计算[J]. 张红亮,张翮辉,李劼,吕晓军,徐宇杰,崔喜风,丁凤其,邹忠. 轻金属. 2011(11)
[10]预焙铝电解槽在线仿真槽况诊断专家系统研究[J]. 邓胜祥,马和平,谢青松,周孑民,周萍,林艺. 计算机测量与控制. 2011(08)
硕士论文
[1]基于界面传热机理的铝电解槽综合热场分析模型及其应用[D]. 杨帅.中南大学 2013
[2]20kA级惰性电极铝电解槽多物理场仿真及结构优化[D]. 崔喜风.中南大学 2011
[3]基于ANSYS的大型预焙铝电解槽热电场的仿真[D]. 马素红.北方工业大学 2007
[4]铝电解槽糟壳温度在线检测与槽况诊断专家系统的研究与应用[D]. 刘正.中南大学 2007
[5]铝电解槽槽膛内形在线监测的研究及应用[D]. 林燕.中南大学 2007
本文编号：3489114
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