電解槽是目前制備鋁的主要裝備之一,在生產過程中,槽內的物理場十分復雜。對電解槽內的物理場進行研究有助于指導電解槽的設計,提高電流效率和電解槽的壽命,具有重要的工程意義。本文采用有限單元法,利用大型有限元軟件ANSYS對電解槽的電熱場、熱應力場、鈉膨脹應力進行模擬,并對電解槽運行過程中的典型工況,如換極、出鋁、焙燒啟動等,進行了模擬,本文的主要創(chuàng)新性結果有:（1）建立了電解槽全槽電-熱耦合計算模型,重點考慮了陽極炭塊高度分布不均勻,化學反應吸熱等因素影響。經過計算,得到了電解槽在正常生產下的溫度分布、散熱量分布,并與實測結果進行了對比,發(fā)現(xiàn)計算得到的溫度分布與實測溫度分布具有較好的一致性,證明了本文計算模型的合理性。（2）建立了電解槽熱應力-鈉膨脹耦合計算模型,提出了利用傳熱和擴散的相似性來模擬鈉擴散的方法,通過計算,給出了電解槽生產一年后陰極炭塊中的鈉濃度分布,并給出了電解槽在鈉膨脹應力和熱應力共同作用下的耦合應力場。通過合理考慮材料非線性、摩擦接觸非線性以及部分保溫內襯的受熱收縮效應,本文模型結果與實際觀察結果符合良好。（3）建立了電解槽瞬態(tài)電熱場計算模型,首次模擬了換極工況下電解槽... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內外研究進展
    1.3 本文研究內容
2 電解槽電熱場的耦合計算
    2.1 模型說明
    2.2 材料屬性
    2.3 數(shù)學模型及邊界條件
    2.4 后處理與結果分析
    2.5 本章小結
3 熱應力-鈉膨脹的耦合計算
    3.1 鈉濃度的計算及鈉膨脹的等效
    3.2 熱應力計算
    3.3 后處理和結果分析
    3.4 本章小結
4 換極工況對電解槽電熱場的影響
    4.1 引言
    4.2 模型說明
    4.3 換極工況計算思路
    4.4 邊界條件和載荷步設置
    4.5 后處理與結果分析
    4.6 本章小結
5 出鋁操作對電解槽熱場的影響
    5.1 引言
    5.2 出鋁工況模型簡化與計算思路
    5.3 不同極距下電解質生熱率計算
    5.4 載荷步及邊界條件設置
    5.5 后處理與結果分析
    5.6 本章小結
6 覆蓋料厚度對電解槽熱場和結構的影響
    6.1 引言
    6.2 模型說明及計算思路
    6.3 熱場計算
    6.4 熱應力計算
    6.5 本章小結
7 焙燒啟動工況對電解槽結構的影響
    7.1 引言
    7.2 熱場計算
    7.3 熱應力計算
    7.4 本章小結
8 總結與展望
    8.1 總結
    8.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士期間發(fā)表的論文及參與的科研項目


【參考文獻】：
期刊論文
[1]大型鋁電解槽72小時焙燒啟動實踐[J]. 沈冰,陳世月.  輕金屬. 2014(11)
[2]陽極換極溫度對鋁電解槽運行工況的影響及改進措施[J]. 高峰,劉民章,李賢.  有色冶金節(jié)能. 2014(05)
[3]鋁電解槽電-熱場強耦合建模計算方法[J]. 徐宇杰,李劼,尹誠剛,楊帥,張紅亮,呂曉軍.  中國有色金屬學報. 2014(01)
[4]新型陰極鋼棒對鋁電解槽電熱場的影響[J]. 尹誠剛,李劼,徐宇杰,楊帥,賴延清,江南,張紅亮.  中國有色金屬學報. 2014(01)
[5]預焙鋁電解槽三維槽幫形狀的模擬計算[J]. 崔喜風,鄒忠,張紅亮,李劼,徐宇杰.  中南大學學報(自然科學版). 2012(03)
[6]預焙槽的三維電熱場仿真[J]. 張欽菘,楊曉東,劉雅峰,周東方,劉銘.  輕金屬. 2012(03)
[7]我國電解鋁工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 單淑秀.  輕金屬. 2011(08)
[8]我國鋁電解槽計算機仿真技術的研究發(fā)展及現(xiàn)狀[J]. 李劍虹,涂贛峰,戚喜全,毛繼紅,呂定雄,馮乃祥.  材料與冶金學報. 2010(03)
[9]鋁電解質成分對鈉和電解質滲透行為的影響[J]. 劉世英,李文珍,王兆文,石忠寧.  有色金屬. 2010(03)
[10]120kA預焙電解槽出鋁作業(yè)后附加電壓的探討[J]. 于曉科.  材料與冶金學報. 2010(S1)

碩士論文
[1]300kA鋁電解槽電熱應力場及鈉膨脹應力的仿真優(yōu)化研究[D]. 伍玉云.中南大學 2007
[2]鋁電解槽三維全槽模擬研究[D]. 陶沙.華中科技大學 2005



本文編號：3549335