导流槽燃气预热过程中温度场的数值模拟与优化

本文以156kA导流槽为研究对象,在适当简化的基础上,建立了导流槽燃气预热过程中非稳态温度场的数学模型。在此基础上,采用有限元软件ANSYS对导流槽内的温度分布进行了数值模拟。结果表明:燃气预热法基本上可以满足导流槽焙烧启动的工艺要求;同时本文根据模拟结果,对DE端喷口的偏角进行了优化,基本解决了喷管间阴极温度梯度大的问题,并认为DE端喷口偏角在15°~20°之间时,导流槽可获得较佳的焙烧效果。     

铝合金铸件凝固过程热应力数值模拟

通过铝硅合金准固态力学行为和流变性能的测试，获得了该合金铸件凝固过程应力应变本构方程。并在此基础上开发了考虑材料高温力学性能，分析三维轴对称铸件凝固过程热粘弹塑性问题的热应力模拟程序，对带热节铝硅合金铸伯的计算表明，计算结果与实验吻合较好。     

铝电解槽高温烟气加热启动的三维温度场数值模拟

针对大型预焙铝电解槽槽底形状复杂同时存在多块阳极的计算对象, 应用整体建模及耦合求解方法, 对烟气加热启动的温度场进行了数值计算. 计算模型中紊流模型采用RNGκ-ε模型, 用离散传播法计算辐射传热时可避免了复杂的空间积分运算, 使温度场的求解简单方便, 较好解决了电解槽烟气加热启动的温度场计算. 结果表明 烟气加热启动具有升温速度易控制、阴极表面最大温差被控制在100 ℃左右, 对扎缝和边部扎固糊的加热充分, 能较好地满足大型铝电解槽加热启动工艺要求.     

铝电解槽排烟管网流量平衡数值模拟研究

基于计算所得电解槽排烟干管、支管管径及蝶阀的开度,对12台电解槽对应的排烟管网进行1∶1建模,通过CFD方法对排烟管网以及蝶阀流场进行试验研究,利用数值模拟结果对计算结果进行验证及修正,同时将数值模拟结果应用于某铝厂电解槽排烟管网进行调试,验证了数值模拟结果的可信性,从而更好的保证电解槽排烟管网的流量平衡。     

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。     

铝电解槽集气烟道内部的流动场模拟及结构优化研究

通过数值计算方法,借助FLUENT模拟了铝电解槽传统分段向下式集气烟道内部的流动场,分析发现了传统烟道存在集气均匀性较差、TE端部密闭效率较低的缺点,于是提出了等量吸风集气烟道的设计构想,并通过数值模拟手段证实该新式烟道在不增大烟道压损的条件下,达到了槽膛内等量吸风的目的.     

新型阴极钢棒对铝电解槽电热场的影响

采用数值仿真的方法对应用一种可减小铝液中水平电流的新型阴极钢棒的420 kA级铝电解槽进行三维计算,分析这种新型阴极钢棒对铝液中水平电流、槽电压以及电解槽温度分布的影响。结果表明:新型阴极钢棒可有效地减小铝液中X方向的水平电流;新型阴极钢棒中绝缘材料的加入在一定程度上增大了槽电压;当钢棒和钢棒糊接触不是很好时,新型阴极钢棒电解槽比传统阴极钢棒电解槽更容易出现阴极炭块和钢棒连接区域温度过高的情况。该计算结果可为铝电解槽在应用此种新型阴极钢棒后所获得的节能效果以及个别槽在运行过程中出现的问题提供理论依据。     

阳极预热技术在铝电解槽生产中的应用

换阳极是铝电解生产中很重要的一项作业,如何减少换极对电解生产的影响是铝电解工作者普遍关注的焦点。笔者结合多年铝电解生产实践得出,阳极在上槽前进行预热可以减少换极作业对生产的不利影响。本文介绍一种操作简单易于实施的阳极预热方法,并浅析阳极预热对铝电解槽生产的重要推进意义。     

156 kA铝电解槽内电解质两相流动的数值模拟

以商业CFD软件CFX4．3为平台，采用欧拉-欧拉方法中多流体模型和标准湍流模型，对156kA铝电解槽内电解质层的气液两相流动流场（半槽）进行数值模拟。结果表明：阳极气体的推动对铝电解槽内的电解质运动起主要作用，电磁力的影响也较显著；电解质运动主要是以每个阳极周围的小循环为主；流速较大的区域主要分布在阳极间缝以及中缝和大面正对阳极间缝处；阳极气体的平均流速为0．199m／s，最大流速为0．74m／s；电解质的平均流速为0．079m／s，最大流速为0．717m／s；阳极以下以及大面和中缝正对阳极间缝处湍流最强。     

Numerical simulation of temperature field during gas preheating and start-up of drained aluminum reduction cell

1 Introduction The drained aluminum reduction cell is a new type cell and it is predicted that it can reduce the voltage of the cell 0.6 V and save the consumption of direct current 2400 kW?h/t, compared with the general cells[1,2]. Therefore, more and m…     

300 kA铝电解槽中焦粒焙烧过程温度场的仿真优化

使用有限元法建立了300 kA铝电解槽的焦粒焙烧三维1/4整槽模型,针对目前普遍采用焦粒均匀铺设方式,对其焦粒焙烧过程的温度分布与变化特征进行了瞬态数值仿真研究。当前的焦粒焙烧启动方式存在阴极表面温差过大、各阴极炭块随空间位置不同温度分布差异过大、端部第1至第3块阴极炭块平均温度低于900℃、阴极炭块和捣固糊升温速度过快等缺陷。提出在阴极表面从电解槽边缘向中心依次铺设电阻率递增的焦粒层的优化焙烧方案,并进行温度场仿真计算。结果表明：该优化方案可以使阴极表面温度分布更加均匀,端部第1至第3块阴极炭块表面温差比优化前降低8%以上,中间第4至第13块阴极炭块表面温差降低30%以上,阴极炭块和阴极缝糊平均升温速度降低12%,该优化方案更有利于减少电解槽的早期破损。     

Numerical simulation of current distribution in metal pad of aluminum reduction cells

Based on the numerical calculation of 3-D potential distribution in aluminum reduction cells, current distribution in the metal pad is calculated under the following conditions： 1） pot ledge ideally formed; 2） ledge extension to below anode; 3） different metal heights; 4） AC and 5） Spike. It is found that Jy in metal pad increases first to a highest point and then decreases along anode length. At normal status, the largest Jy is about 0.4 A/cm^2 and it locates at about 2/3 of anode length. With longer ledge, the maximum value of Jy decreases and its position moves center-ward. The longer the side ledge, the larger the negative current flowing center-ward at side channel. Jy in metal pad increases with anode length and it is not affected by metal height; while Jy increases with metal height. At AC, current flows toward metal under new anode. At spike, current concentrates at spike rather than evenly distributes. Normally, Jy is almost negligible in metal pad.     

铝保温炉气体搅拌下熔体流场和温度场数值模拟研究

采用CFD非稳态分析法对透气砖气体作用下加热工序的升温过程中炉内熔体的流场和温度场进行了数值模拟研究。结果表明:气体作用下铝液表层,熔体垂直速度最小而水平速度最大;在铝液中层,熔体垂直速度最大而水平速度最小;在底层,这两个速度值均居中。炉内铝液的温度场分布比较均匀,高温区主要在侧部与角部。     

铝合金LB-VPPA复合焊应力场数值模拟

以7010铝合金为研究对象,根据LB-VPPA复合焊的焊缝截面形状及变极性等离子弧焊电流特性,通过对热源程序二次开发,建立了符合LB-VPPA复合焊的平面高斯+双椭球+高斯圆柱体组合热源模型。在此基础上,采用焊接模拟专用软件SYSWELD对LB-VPPA复合焊应力场进行数值模拟。结果表明,在保证焊透的前提下,与VPPA焊应力场相比,LB-VPPA复合焊的残余应力要比VPPA焊的残余应力小,且熔宽较小。分别对LB-VPPA复合焊和VPPA焊进行工艺试验,结果显示LB-VPPA复合焊焊缝熔宽比VPPA焊焊缝熔宽小,与模拟结果基本一致。     

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.     

大型铝电解槽电解质流场涡结构的数值模拟

针对铝电解槽内熔体旋转流动的特点,提出使用涡量和旋转强度来对其涡结构进行定量解析,并以某300kA槽电解质流场为研究对象,使用CFX12软件平台进行数值模拟。结果表明:极间水平截面和阳极间缝垂直截面的旋转强度最大值分别为1.611和1.961 s 1,其绝对涡量最大值分别为4.002和3.391 s 1;阳极气泡的搅动使阳极周围电解质中成对出现反向对称小涡;而电磁力的不均匀性导致部分阳极底部出现不对称大涡;阳极中缝和间缝相交位置的绝对涡量超过4 s 1,在该位置布置下料点有利于氧化铝的分散。故运用涡分析法能得到更为丰富和精确的流场信息,为槽结构的设计提供理论指导。     

聚铝沟排布对导流型铝电解槽热应力分布的影响

为了优化导流型铝电解槽聚铝沟设计方案,对槽内热应力分布特征进行研究分析。采用商用有限元计算软件ANSYS针对两种聚铝沟设计方案（即方案Ⅰ为工字型聚铝沟结构;方案Ⅱ为单聚铝沟结构）的导流槽模型进行了电-热-应力耦合计算,同时针对热应力引起的槽体形变进行模拟。结果表明：采用方案Ⅰ工字型聚铝沟结构时,槽体内部热应力较大,尤其是两端靠近横向聚铝沟的阴极炭块内部具有较大的应力集中,而采用方案Ⅱ单聚铝沟结构时,该处的应力集中得到了较好的缓和,槽体形变较小。