收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

铝电解槽内电磁流动模型及铝液流场数值仿真的研究

周萍  
【摘要】:铝电解槽内熔体流场与电场、热场、磁场相互耦合,其综合效果对电流效率、槽寿命等技术指标影响显著。因此,深入了解铝电解槽内铝液流动的湍流特性、选择适宜的湍流模型、提高流场数值计算结果的可靠性对提高铝电解槽计算机仿真与优化的技术水平以及促进铝电解工业的进步均有着重要的理论与实践意义。 本文分析了铝电解槽内熔体的运动情况,阐述了电磁流动模型。基于铝电解槽全息仿真的概念,将铝电解槽内的多场耦合问题分为时均耦合、脉动耦合、循环耦合与双向耦合以及多相耦合,对耦合机理进行了详细的分析。 作者以商业软件CFX4.3为开发平台,开发出了磁场与电流输入模块、动量方程中源项电磁力的计算模块以及铝液/电解质界面形状的计算模块。并以磁场、电场与热场综合解析的结果为基础,应用铝电解槽内多场耦合的分离求解方法,对三种不同结构的预焙铝电解槽(分别为三点进电的82kA、两点进电的156kA以及单侧四点进电的200kA铝电解槽)内的铝液流场进行了数值计算。同时运用铁棒溶蚀法对相应铝电解槽中的铝液流场进行了工业测试,其结果为数学模型的验证以及电磁流动模型的研究提供了依据。 研究了不同模型中网格尺寸与数量对计算精度影响的定量分析数据,结果表明边界层内网格疏密对高雷诺数模型影响较小,而对低雷诺数模型影响较大。因此,应用低雷诺数模型时,边界层内必须采用较密的网格。 本文运用湍流雷诺数的概念分析了铝电解槽中的湍流状况,其大小为10~3数量级,属于高雷诺数湍流流动。同时雷诺数也是判别流体湍流状态的重要准数,作者认为计算铝液区域的雷诺数时,宜以铝液深度作为特征尺寸,此时雷诺数的大小为10~4数量级。 文中采用标准k-ε模型、低雷诺数J-L k-ε模型以及RNG模型对三种不同结构的铝电解槽内铝液的流场进行了数值仿真,通过对其结果的详细分析以及与测试结果的比较,上述结论得到进一步证实,即铝液的流动属于高雷诺数湍流状态。因此,作者初步认定在电流强度大于80kA的铝电解槽中,铝液流动计算不适宜于应用低雷诺数模型。 本文运用哈特曼准数,定量分析了铝电解槽中电磁力对铝液湍流运动的抑制作用。所研究的铝电解槽中哈特曼准数的大小均为10~4数量级。且数值仿真结果表明当哈特曼数接近2×10~4时,电磁力将对铝液的湍流运动产生较强的抑制作用,使铝液的运动接近于低雷诺数湍流运动。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 А.Γ.阿尔卡季耶夫;Л.А.巴尔多夫斯基;Γ.В.福尔斯勃洛姆;毛毓琴;;鋁电解槽参数的測定法[J];有色金属(冶炼部分);1959年18期
2 马作臻;;国外轻金属科技文献题录选译(16)[J];轻金属;1986年09期
3 А.А.Дмитриев;М.К.Фриэоргер;马作臻;;铝电解槽槽底的电流分布(讨论稿)[J];轻金属;1986年12期
4 邱竹贤;;工业铝电解槽的现代生产技术(一)[J];轻金属;1988年08期
5 邱竹贤;;工业铝电解槽的现代生产技术(十) 第十章 工业铝电解槽废旧阴极材料的回收利用[J];轻金属;1989年09期
6 郭兴;;铝电解槽侧部采用异型碳块砌筑[J];轻金属;1992年12期
7 李希明,代启安;中小型预焙铝电解槽“四低一高”工艺技术条件的选择[J];河南冶金;2001年03期
8 罗海岩,陆继东,黄来,吴君棋;铝电解槽三维电热场的ANSYS分析[J];华中科技大学学报(自然科学版);2002年07期
9 周乃君,姜昌伟,周萍,张创奇,吴连城,韩立国;大型预焙铝电解槽物理场的耦合仿真技术及应用[J];有色金属;2003年04期
10 牛新国,卫立道;60kA自焙阳极铝电解槽的改造[J];设备管理与维修;2004年10期
11 田小卫;提高铝电解槽寿命途径的探讨[J];甘肃冶金;2005年01期
12 牛新国,卫立道;铝电解槽破损部位的测定[J];中国设备工程;2005年08期
13 刘世英;邱竹贤;;铝电解槽内衬材料导热系数的测定[J];有色矿冶;2005年06期
14 闫太网;李登峰;;山西华圣300kA电解槽强化电流实践[J];世界有色金属;2008年02期
15 王建民;李文文;柳世红;张强民;;采用小分流器二次分流提高电解槽焙烧质量[J];中国有色金属;2009年15期
16 王兆文;高炳亮;石忠宁;胡宪伟;于亚鑫;陈广华;王超;陶文举;;铝电解槽余热回收利用的基础研究[J];材料与冶金学报;2010年S1期
17 夏德法;王世杰;张力;;新型阴极结构高效节能铝电解槽焙烧启动生产实践[J];材料与冶金学报;2010年S1期
18 郭海东;;铝电解槽槽膛内型影响因素分析及生产实践[J];材料与冶金学报;2010年S1期
19 М.А.Коробов;杜仲;;铝电解槽的简化计算方法[J];轻金属;1964年09期
20 ;小型铝电解槽[J];轻金属;1964年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈晓方;刘妮;桂卫华;;基于电磁力信息熵的铝电解槽性能综合评估方法[A];2011第十六届全国自动化技术与应用学术年会专辑[C];2011年
2 高磊;叶炜;宋威;曹丹阳;李晋宏;;基于序列分析的铝电解槽群体控制方法研究[A];2011中国有色金属行业仪表自动化学术会议论文集[C];2011年
3 尚文祥;;浅谈海斯喷涂技术在铝电解槽大修中的开发与实践[A];有色金属工业科学发展——中国有色金属学会第八届学术年会论文集[C];2010年
4 夏德法;王世杰;张力;;新型阴极结构高效节能铝电解槽焙烧启动生产实践[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
5 覃海棠;张松江;辛朋辉;岳世豹;赵继安;;异型阴极铝电解槽的焙烧方式[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
6 刘驰;;200kA铝电解槽长时间停电恢复生产实践[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
7 王兆文;高炳亮;石忠宁;胡宪伟;于亚鑫;陈广华;王超;陶文举;;铝电解槽余热回收利用的基础研究[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
8 陈博;范咏莲;樊晨;张君博;张金艳;;铝电解槽用耐火材料研究进展[A];2011全国不定形耐火材料学术会议论文集[C];2011年
9 梁学民;;400kA铝电解槽技术及系列运行实践[A];铝冶炼节能新技术研讨会论文集[C];2011年
10 刘驰;;200kA铝电解槽停槽后再启动生产实践[A];《铝电解槽新型结构新技术研讨会》论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周萍;铝电解槽内电磁流动模型及铝液流场数值仿真的研究[D];中南大学;2002年
2 姜艳丽;新型阴极结构铝电解槽多物理场数值仿真研究[D];东北大学;2009年
3 孟玲;铝电解槽热场仿真与槽壳温度在线检测系统研究[D];山东大学;2011年
4 张家奇;基于数学模型的铝电解槽动态过程及其预报系统研究[D];中南大学;2011年
5 姜昌伟;预焙阳极铝电解槽电场、磁场、流场的耦合方法及应用研究[D];中南大学;2003年
6 彭建平;新型阴极结构铝电解槽试验研究[D];东北大学;2009年
7 李茂;铝电解槽磁流体稳定性及母线配置的仿真优化研究[D];中南大学;2007年
8 伍成波;铝电解槽高温烟气焙烧技术的理论与实践[D];重庆大学;2004年
9 梁学民;大型预焙铝电解槽节能与提高槽寿命关键技术研究[D];中南大学;2012年
10 刘伟;铝电解槽多物理场数学建模及应用研究[D];中南大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高洁;基于ANSYS的铝电解槽电场分布计算与电极结构优化研究[D];中南大学;2010年
2 于智;铝电解槽焙烧分流技术的设计与实验研究[D];北方工业大学;2011年
3 杨力;铝电解槽焙烧控制系统设计与研究[D];北方工业大学;2011年
4 杨枝;320kA铝电解槽电磁场分布计算与优化设计[D];中南大学;2011年
5 刘妮;320kA铝电解槽电—磁—流场耦合仿真及性能评估方法[D];中南大学;2012年
6 薛国辉;300kA铝电解槽高效集气系统的改造和试验[D];中南大学;2010年
7 陈伟文;基于模糊神经推理系统的铝电解槽故障诊断研究[D];中南大学;2010年
8 王平;160KA电解槽扩容改造的研究[D];中南大学;2004年
9 戴小平;160KA预焙铝电解槽工艺与控制技术综合优化的研究[D];中南大学;2004年
10 童道辉;纵向排列铝电解槽电流强化时磁场及母线优化研究[D];中南大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李若馨;中铝铝电解槽技术获突破[N];中国证券报;2009年
2 华吕轩;新型阴极铝电解槽项目通过国家科技鉴定[N];中国有色金属报;2010年
3 特约记者 赵秀富;让世界重新审视中国铝业[N];厂长经理日报;2001年
4 丁义浩;阴极结构铝电解槽技术节能降耗[N];中国技术市场报;2010年
5 本报记者 赵秀富;让世界重新审视中国铝工业[N];中国有色金属报;2001年
6 本报记者 裴宏;中铝自主研发节能技术攻克世界难题[N];中国知识产权报;2009年
7 特约记者 赵秀富;中国铝工业的骄傲[N];中国矿业报;2002年
8 赵秀富;让世界仰视中国铝工业[N];中国矿业报;2001年
9 郑妍;中铝占据世界铝电解技术制高点[N];中国有色金属报;2009年
10 朱佳明;环保关键技术达世界先进水平[N];中国有色金属报;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978