低電壓下鋁電解物理場(chǎng)仿真優(yōu)化研究.pdf

1、UDC620碩士學(xué)位論文密級(jí)公玨低電壓下鋁電解物理場(chǎng)仿真優(yōu)化研究Theresearchontheoptimizationofaluminumreductioncellphysicalfields’simulationunderlowvoltage作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：論文答辯日期2Q!壘!Q511壘張思源動(dòng)力工程及工程熱物理熱能工程能源科學(xué)與工程學(xué)院李賀松教授答辯委員中南大學(xué)二零一四年五月中南大學(xué)碩士學(xué)

2、位論文摘要低電壓下鋁電解槽物理場(chǎng)仿真優(yōu)化研究摘要：鋁電解是傳統(tǒng)的能耗大戶，節(jié)能減排是鋁行業(yè)工作者持之以恒追求的目標(biāo)，低電壓運(yùn)行是未來(lái)鋁行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，降低極距是實(shí)現(xiàn)低電壓運(yùn)行的一種直接有效的方法。大幅度降低槽電壓之后，原有的熱平衡被打破，隨之電平衡、磁流體穩(wěn)定性都會(huì)被破壞，因此目前的物理場(chǎng)設(shè)計(jì)已經(jīng)不適合鋁電解槽在低電壓下運(yùn)行，目前對(duì)低電壓下鋁電解槽的物理場(chǎng)分布未進(jìn)行深入的研究。本文以某廠175kA系列預(yù)焙鋁電解槽為研究對(duì)象，對(duì)其低電

3、壓下的物理場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，詳細(xì)研究了降低槽電壓和強(qiáng)化電流之間的關(guān)系，并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)槽的熱平衡的計(jì)算，得到了不同槽電壓下電解槽各個(gè)方向的熱損失，提出了新的保溫方案。本文的主要內(nèi)容如下：(1)查閱了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)某廠提供的175kA系列預(yù)焙鋁電解槽尺寸和參數(shù)，適當(dāng)簡(jiǎn)化了模型，建立了該系列鋁電解槽的電磁流場(chǎng)及熱場(chǎng)物理模型和數(shù)學(xué)模型。(2)仿真計(jì)算了175kA系列鋁電解槽的電磁一流場(chǎng)，并對(duì)其進(jìn)行了工業(yè)測(cè)試，驗(yàn)證了模型。結(jié)果表明：X

4、方向磁場(chǎng)強(qiáng)度分布規(guī)律較為明顯，沿短軸中心線呈反對(duì)稱分布，極值出現(xiàn)在進(jìn)電側(cè)與出電側(cè)近槽殼處，且進(jìn)電側(cè)大于出電側(cè)；Y方向磁場(chǎng)強(qiáng)度沿長(zhǎng)軸中心線基本呈反對(duì)稱分布，且極值出現(xiàn)在進(jìn)電側(cè)2個(gè)角部；Z方向磁場(chǎng)強(qiáng)度沿長(zhǎng)軸中心線呈反對(duì)稱分布，且極值出現(xiàn)在出電側(cè)2個(gè)角部。鋁液的流速基本呈兩個(gè)大渦的分布狀況；流速最大值出現(xiàn)在大渦的邊緣處；在兩個(gè)大渦的區(qū)域，界面向下凹陷。(3)詳細(xì)研究了降低槽電壓和強(qiáng)化系列電流之間的關(guān)系，計(jì)算了不同槽電壓和系列電流下的磁場(chǎng)、流場(chǎng)

5、和界面變形。結(jié)果表明：隨著電流增大，鋁電解槽的磁場(chǎng)和鋁液流速增大；而電解質(zhì)鋁液界面變形量在系列電流小于185kA時(shí)，增長(zhǎng)速度比較緩慢，當(dāng)系列電流大于185kA時(shí)，增長(zhǎng)速度比較快；同一電流強(qiáng)度不同極距下，電解槽的磁場(chǎng)分布，鋁液流速和鋁液一電解質(zhì)界面變形并未發(fā)生大的變化，說(shuō)明降低極距并未使電解槽的電磁流場(chǎng)發(fā)生大的變化。針對(duì)試驗(yàn)槽，考慮界面最大變形量應(yīng)小于當(dāng)前極距大小，宜選擇極距在35cm一4cm之間，電流強(qiáng)化至180185kA之間運(yùn)行，效果