鋁電解槽生產(chǎn)鋁是一個(gè)涉及到電、磁、熱、力、流等多物理場耦合變化的復(fù)雜過程。鋁電解槽內(nèi)部電-磁-流場的研究涉及到電磁學(xué)和流體力學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉,具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。另一方面,對鋁電解槽內(nèi)多物理場的認(rèn)識可以優(yōu)化鋁電解生產(chǎn)工藝,有利于電解槽生產(chǎn)效率、槽壽命等重要指標(biāo)的提升,因此具有重要的工程意義。由于鋁電解槽運(yùn)行過程的復(fù)雜性,涉及高溫、高電流、多物理場耦合,實(shí)驗(yàn)測量槽內(nèi)電磁流場的變化通常難以實(shí)現(xiàn),因此,數(shù)值模擬現(xiàn)已成為研究鋁電解槽內(nèi)各物理場變化規(guī)律,探尋其物理機(jī)理的重要手段。本文采用數(shù)值模擬的方法對某420KA電解槽的電-磁-流場進(jìn)行了建模和仿真計(jì)算,重點(diǎn)探討了電磁力與氣泡作用對鋁電解槽流場的影響,分析了不同方向上的磁場對電解槽流場的影響,同時(shí)還對電解槽的各個(gè)工況、異型陰極情況進(jìn)行了計(jì)算模擬分析。本文的主要研究工作和創(chuàng)新性成果如下:(1)基于多仿真平臺構(gòu)建了電解槽電磁流耦合計(jì)算模型。首先,采用了SolidWorks軟件建立了一個(gè)精細(xì)的420KA鋁電解槽全槽幾何模型;在此基礎(chǔ)上,通過Maxwell軟件對其進(jìn)行了電磁場分析;然后,在CFX平臺上建立了三相流穩(wěn)態(tài)流場模型并進(jìn)行了流場計(jì)算;最后,得到了正常情況下鋁電解槽內(nèi)的流場形態(tài)和電解質(zhì)-鋁液界面形狀。(2)通過計(jì)算模擬,重點(diǎn)探討了電磁力和氣泡對鋁液流場的作用,并比較了不同方向上磁場對流場的影響。研究結(jié)果表明:氣泡能夠減緩鋁液的流速;電解質(zhì)-鋁液界面的變形主要受X方向磁場的影響;槽內(nèi)的流場形態(tài)則是X方向和Y方向磁場共同影響的結(jié)果,Y方向磁場的增強(qiáng)會增強(qiáng)鋁電解槽兩端的兩個(gè)大渦,X方向磁場的增強(qiáng)則會使槽內(nèi)局部流動(dòng)更加激烈。(3)考慮到鋁電解生產(chǎn)過程和工藝的復(fù)雜性,本文對不同鋁水平、換極工況以及異型陰極等進(jìn)行了建模和計(jì)算分析。結(jié)果表明:當(dāng)鋁水平為23cm和25cm時(shí),鋁液平均流速和電解質(zhì)-鋁液界面變形量均相對較小,但當(dāng)鋁水平為27cm時(shí),流場中形成了4個(gè)完整的大渦;電解槽邊角處換極對電解槽流場的整體影響大于中間部位的換極;異型陰極的采用可明顯降低鋁液的平均流速。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TF821
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)
    1.3 本文研究內(nèi)容
2 電-磁-流場建模及計(jì)算分析
    2.1 鋁電解槽結(jié)構(gòu)和原理
    2.2 電-磁場建模及計(jì)算
    2.3 流場建模及計(jì)算
    2.4 本章小結(jié)
3 電磁力和氣泡對電解槽流場的影響
    3.1 引言
    3.2 電磁力與氣泡對電解槽內(nèi)熔體運(yùn)動(dòng)的影響
    3.3 不同方向磁場對的流場影響
    3.4 不同出氣邊界設(shè)置結(jié)果比較
    3.5 本章小結(jié)
4 電解槽各工況及異型陰極對流場的影響
    4.1 引言
    4.2 不同鋁水平電解槽流場
    4.3 不同換極工況下鋁電解槽流場
    4.4 異型陰極電解槽流場
    4.5 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)

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本文編號：2832616