低电压下铝电解物理场仿真优化研究

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1、万方数据UDC620硕士学位论文密级公珏低电压下铝电解物理场仿真优化研究Theresearchontheoptimizationofaluminumreductioncellphysicalfields’simulationunderlowvoltage作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：论文答辩日期2Q!垒!Q511垒张思源动力工程及工程热物理热能工程能源科学与工程学院李贺松教授答辩委员中南大学二零一四年五月万方数据学位论文原创性声明愀掣螋本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注

2、和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：孕扯日期：业年j脸日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密

3、论文待解密后适应本声明。作者签名：日期：埠年蔓月止日导师签名琴眵讹导师签名垒竺亟日期艘!芏年土威生日万方数据中南大学硕士学位论文摘要低电压下铝电解槽物理场仿真优化研究摘要：铝电解是传统的能耗大户，节能减排是铝行业工作者持之以恒追求的目标，低电压运行是未来铝行业发展的必经之路，降低极距是实现低电压运行的一种直接有效的方法。大幅度降低槽电压之后，原有的热平衡被打破，随之电平衡、磁流体稳定性都会被破坏，因此目前的物理场设计已经不适合铝电解槽在低电压下运行，目前对低电压下铝电解槽的物理场分布未进行深入的研究。本文以某厂175kA系列预焙铝电解槽为研究对象，对其低电压下的物理场进行

4、了数值模拟研究，详细研究了降低槽电压和强化电流之间的关系，并通过对试验槽的热平衡的计算，得到了不同槽电压下电解槽各个方向的热损失，提出了新的保温方案。本文的主要内容如下：(1)查阅了大量国内外相关文献，根据某厂提供的175kA系列预焙铝电解槽尺寸和参数，适当简化了模型，建立了该系列铝电解槽的电．磁．流场及热场物理模型和数学模型。(2)仿真计算了175kA系列铝电解槽的电．磁一流场，并对其进行了工业测试，验证了模型。结果表明：X方向磁场强度分布规律较为明显，沿短轴中心线呈反对称分布，极值出现在进电侧与出电侧近槽壳处，且进电侧大于出电侧；Y方向磁场强度沿长轴中心线基本呈反对称

5、分布，且极值出现在进电侧2个角部；Z方向磁场强度沿长轴中心线呈反对称分布，且极值出现在出电侧2个角部。铝液的流速基本呈两个大涡的分布状况；流速最大值出现在大涡的边缘处；在两个大涡的区域，界面向下凹陷。(3)详细研究了降低槽电压和强化系列电流之间的关系，计算了不同槽电压和系列电流下的磁场、流场和界面变形。结果表明：随着电流增大，铝电解槽的磁场和铝液流速增大；而电解质．铝液界面变形量在系列电流小于185kA时，增长速度比较缓慢，当系列电流大于185kA时，增长速度比较快；同一电流强度不同极距下，电解槽的磁场分布，铝液流速和铝液一电解质界面变形并未发生大的变化，说明降低极距并未

6、使电解槽的电磁流场发生大的变化。针对试验槽，考虑界面最大变形量应小于当前极距大小，宜选择极距在3．5cm一4cm之间，电流强化至180．185kA之间运行，效果较好。后在合作企业进行了工业试验，结果表现良好。(4)计算了铝电解槽的热场，并和测试结果进行对比，验证了万方数据中南大学硕士学位论文摘要模型的正确性。研究了不同工况下的铝电解槽热场，通过对试验槽的能量平衡计算，得出了铝电解槽各个方向的热损失。并研究了随着槽电压的降低，铝电解槽各个方向的散热量的变化规律，得出了低电压下新的保温方案和新的散热体系。图42幅，表18个，参考文献80笛肺j关键词：低电压铝电解；多物理场；仿

7、真；热平衡分类号：TF821；TQ021．4III万方数据中南大学硕士学位论文Abstractrn'●‘·‘^一·1heresearchontheoptimizationofaluminumreductioncellphysicalfields’simulationunderlowvoltageAbstract：AluminumreductioneelliSthetraditionalenergyconsumptionusers，energyconservationiSthepersistentpursuitofaluminu