300kA以上大型铝电解槽的设计理念

详细具体地介绍了国外大型铝电解槽设计软件和模型及国外大型铝电解槽改造、新建所关注的相关内容。对国内目前300kA以上大型铝电解槽的设计参数进行比较。指出进一步加快开发我国大型铝电解槽槽热—电—磁设计模型是当务之急。并强调在大型预焙槽设计时增强散热和减少内热的两个基本原则。     

80kA上插棒式自焙铝电解槽熔体中电磁力场的计算与分析

介绍了铝电解槽中电场、磁场和电磁力场的计算模型及计算程序，结合我国自焙阳极铝电解工业实践，分析了铝液中各点的电磁力，并用计算机绘制了电解槽中电流分布、磁场和电磁力场图，为工业铝电解槽的设计和炉膛内形的优化提供了参考。     

铝电解槽电热场1/4槽模型有限元解析方法及应用

借助ANSYS有限元分析软件,建立了铝电解槽1/4槽有限元解析模型,对其电、热场进行耦合计算,并以某厂156kA预焙阳极铝电解槽为研究对象,根据实测的电解槽运行数据对模型进行了检验,结果表明:本文所建立的1/4槽有限元解析模型的计算结果与实测值吻合较好(电压降偏差在30mV以内,炉帮特征尺寸偏差在2cm以内,槽壳表面温度偏差10℃以内),能较真实地反应铝电解槽内的电、热场的三维分布状况,可为铝电解槽的优化设计提供准确、快速且经济、可靠的研究手段。     

基于铝电解槽电热场模拟分析的工艺参数再优化

本文根据现运行电解槽设计及主要工艺技术参数,借助成本投入低、计算快的三维有限元FELAC 2.0分析软件为手段,对200k A电解槽电热场进行模拟与分析。并依据分析结果,通过制定铝水平管理标准、精准控制物料投入、调整静压及烟气流量平衡等方案,不断优化当前铝电解槽生产工艺参数,进一步提高电解槽经济技术指标,为企业带来了较好经济效益。     

铝电解槽燃气预热过程中阴极热应力场的数值模拟

本文采用有限元分析软件ANSYS建立了160kA铝电解槽半槽热应力场模型,并对铝电解槽燃气预热过程中的温度、位移与热应力分布进行了数值模拟研究.研究结果表明:燃气预热法能满足铝电解槽焙烧启动的工艺要求:阴极炭块两侧的位移呈对称分布,X方向、Y方向和Z方向上位移较大的区域分别位于炭块边部、中部及DE端炭块 附近.三个方向中,Y方向的位移最大,最大值为10.83mm;热应力集中的区域位于中央炭块下的阴极炭块与钢棒接触处,最大热应力为91.2MPa;数值模拟结果为铝电解槽的合理设计提供了理论依据.     

应用希尔伯特-黄变换对铝电解过程阳极电流的分析

铝电解过程阳极导杆等距压降信号是反映电解槽状态变化的重要参数之一,所以对该参数的检测与分析尤为重要。本文设计的铝电解槽多参数采集与分析系统是以PCI-8602数据采集卡为核心的数据采集与分析系统。阳极导杆等距压降信号的分析,采用了希尔伯特-黄变换法(HHT),实现信号中的噪声高频成分和真实低频成分的逐层分离,清晰得到信号主频。分析过程包括:经验模态分解,Hilbert变换以及积分求边际谱。与傅里叶变换谱图进行对比,希尔伯特-黄变换法在分析铝电解槽阳极导杆等距压降信号时分辨率较高、能获取信号时频特征。结合铝电解工艺特点,分析了信号频率存在的合理性,和用于电解槽故障诊断的有效性。系统软件由Visual C++6.0、MATLAB、Microsoft Access 2003数据库联合编写,其中MATLAB软件用于数据分析,Access数据库完成数据存储,VC软件以友好的界面实现了数据采集与实时显示、处理结果显示等功能。     

基于注意力机制的铝电解槽辅助决策方法

在铝电解生产过程中,为保持电解槽的能量平衡与物料平衡,需依据专家经验向生产系统提供控制参数确保槽况稳定。但铝电解槽历史生产数据有着积累过长、参数相关性复杂等问题,仅凭专家经验无法准确判断需进行参数调节的铝电解槽。针对上述问题,本文设计一种基于注意力机制的铝电解槽多元时序辅助决策方法：利用空间编码器代替卷积网络提取局部特征,建立自注意力编码器神经网络多元时序分类模型,同时融合部分专家的历史经验,提高模型对待调节铝电解槽判别的准确率。消融实验的结果表明空间编码器模块优于CNN模块;在某铝厂的真实生产数据上的实验结果表明,该方法优于专家经验、DTW等传统方法,在铝电解实际生产决策中具有使用价值。     

铝电解槽阳极覆盖料散热特性模拟研究

利用ANSYS商用有限元软件建立铝电解槽热-电耦合场的3D模型,并在此基础上开发了铝电解槽辅助分析平台,实现了参数化建模过程,从而为分析电解槽各个结构参数的变化影响提供了前提。利用该辅助分析平台,对不同厚度的阳极覆盖料模型进行了模拟计算。分析了整体及局部的散热变化趋势,获得了阳极覆盖料厚度对自身及整体散热的影响规律．从局部传热机理上分析了散热量随覆盖料厚度的变化规律。     

铝电解槽燃气焙烧启动过程中的非稳态温度场仿真

本文运用有限元分析软件ANSYS，针对几何形状和边界条件比较复杂的160kA铝电解槽．建立了1／4槽的几何模型和数学模型．对燃气法焙烧启动过程进行了非稳态温度场仿真。仿真结果表明：阴极表面温度分布均匀，温度梯度小，燃气焙烧能够满足铝电解槽预热启动的要求。同时仿真结果也为铝电解槽的燃气焙烧启动方法提供了一定的理论依据。     

一个新的磁流体稳定性评估方法及其应用

通过利用参数化程序设计语言APDL并加入自定义的程序代码,采用磁标量位法、k-ε两方程湍流模型以及数理统计相结合的方法分别计算了大型铝电解槽在不同立柱进电比母线配置下的电磁流场与波动界面以及电磁力场的方差分析,提出了一个新的磁流体稳定性分析方法,并应用于500kA大型铝电解槽的母线配置研究。研究结果表明自定义的磁流体稳定性评价指标能有效反映多物理场分布的优劣,对基于磁流体稳定性的大型槽母线配置的数值研究是简便易行的,能够有效用于铝电解槽生产和设计的物理场仿真计算分析。     

铝电解槽壳散热模型

将铝电解槽壳底部及侧部分解成三种散热单元，这三种散热单元可排列与组合成各种现代铝电解槽壳表面结构。提出了开口向下水平平板肋的稳态自然对流与表面辐射的耦合传热新模型，并结合另外两种单元的耦合传热模型对肋板的温度分布、散热量等进行计算求解，对肋板性能进行分析。用三种检验方法检验三种散热模型，设计编写的数值计算程序和近似计算程序能简单、精确、快速地计算不同类型的电解槽壳的散热，计算结果较原有行业算法包含更多的信息量     

某420 kA大型电解槽电热场测试和分析

针对某铝厂420 kA大型铝电解槽进行了全面的电、热场测试,对该槽型的运行情况进行分析。测试了该电解槽阳极、阴极、母线等各部分的欧姆压降,并和设计值进行了比较。测试并计算了立柱母线、阴极、阳极电流分布,比较了和设计值的偏差。测试了该槽型的炉膛形状,分析了高电流密度电解槽的炉膛形成规律。对电解槽的散热和能量平衡进行了详细的计算分析,为大型槽的内衬设计提供了依据。测试发现,该420 kA电解系列由于采用了保温型的设计,电解槽各部分散热比例和传统散热型电解槽有非常大的差异,特别是槽底部,只占电解槽散热的3%以内,比传统7%的散热比例要小得多。结合各项测试内容和生产情况,针对我国大型电解槽的设计提出改进建议。     

160kA预焙铝电解槽电流强化后热平衡的数值计算

电流强化是提高铝电解槽产能和劳动效率的有效途径,但同样会带来热场等槽况的波动,需要调节相关生产工艺以维持热量平衡,确保生产的平稳运行.本文以某160kA中小型铝电解槽为对象,采用有限元分析软件ANSYS平台进行电热平衡数值仿真计算.结果表明,当该型电解槽电流强化至180kA时,将极距和上部氧化铝覆盖料厚度分别降低10mm和15mm,并将铝水平提高20mm,可维持良好的热平衡状况.工业实验证明,通过同时对控制精度及工艺的调整,该槽型电流效率从92.5％提高到93.5％,直流电耗由13600kWh/t - Al降至12400kWh/t -Al.     

铝电解槽侧壁余热利用的半导体温差发电装置设计

铝电解槽能耗巨大,其中很大一部分能量以热量形式散失,本文设计了一套以塞贝克效应为原理的小功率余热温差发电装置对铝电解槽侧壁余热进行利用.该装置在某铝电解厂的电解槽侧壁进行了现场安装测试,对测试数据进行分析表明,在铝电解槽侧壁安装本文所设计的温差发电装置能够产生一定的经济效益,节约用电量.     

CVD金刚石膜散热性能的实验及仿真分析

本文基于化学气相沉积(CVD)金刚石膜的超高热导率,设计并搭建了一套实验系统,分析其对于小空间高热流密度电子元件的散热效果。通过测量加热器及材料表面的温度值可知,相同工况下,金刚石膜温度梯度小,温度分布均匀性好,表面最大温差仅为铜的一半且加热面温度相比于铜更低。实验结果说明CVD金刚石膜的散热性能明显优于传统散热材料铜。实验验证了经过Ti-Ni-Au金属化处理的CVD金刚石薄膜具有可焊性。在实验基础上,利用Flotherm软件对系统进行仿真建模,进一步探讨了材料厚度、热导率及接触热阻对加热面温度和最大热流密度的影响。     

CVD金刚石改善3D-MCM散热性能分析

在3D-MCM（多芯片组件）封装设计中，大功率和高热流密度导致系统的散热成为关键技术之一。本文采用高导热率的金刚石封装材料建立了一种叠层多芯片组件结构，应用ANSYS软件和计算流体动力学方法（CFD），对CVD（化学气相沉积）金刚石基板的三维多芯片结构进行了热性能分析，模拟了器件在强制空气冷却条件下的热传递过程和温度分布，探讨了各种设计参数和物性参数对3D-MCM器件温度场的影响。结果显示金刚石基板应用在多芯片组件中能显著地改善3D-MCM封装的散热性能，明显优于氮化铝基板；在强制空冷时散热功率可达到120W。     

底部出电型铝电解槽母线结构与电磁流场仿真优化

从减小槽内水平电流和垂直磁感应强度进而改善磁流体稳定性的角度出发,提出一种底部出电型结构铝电解槽,该种电解槽采用阴极垂直出电方式代替传统水平出电方式.在ANSYS软件平台上,建立400 kA级该槽型的电磁场模型并进行求解,根据计算结果对母线配置进行优化,得到一种可使磁场分布最优的母线结构,在该母线配置下,垂直磁感应强度最大值为1.658 mT,平均值为0.401 mT,远低于同规格普通电解槽,磁流体稳定性计算结果进一步表明该槽能在低极距下稳定运行,具有较大的节能潜力.     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

大型预焙槽低电压生产中角部长问题处理的探讨

神火铝业200kA系列电解槽原设计电流强度200kA,槽电压4.25V,散热方式也是采用底部保温、侧部散热,近两年来为节能降耗,强化电流,槽电压逐步降低,现电解槽工作电压已降低到3.94V,能量收入减少,电解槽现角部长.为解决此问题,设计一套引流片,并联在角部长的对应阴极软母线上,增加该处的导电量,同时该处加强保温,控制电解质在该处阴极上析出,达到消除角部长的目的,该装置已申请了专利保护.     

35 MPa民机液压能源系统正常工况下热性能分析

针对我国自主研发的35 MPa压力体制的2H/2E架构民机液压能源系统,结合液压泵、液压用户、液压管路和自增压油箱等关键液压元件的生热和散热机制,在AMESim软件中建立液压元件热分析模型。在此基础上,建立整套液压能源系统热模型,分析它在正常工况下的热性能,得到正常工况热天飞行、热天低空盘旋和冷天飞行时的热仿真分析结果。对比仿真结果和系统温度要求,结果表明：仿真模型精度较高且建模方法具有普适性,可用于民机液压能源系统设计之初的方案论证、优化等工作。