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.     

铝型材出口速度分布的数值模拟

铝型材挤压过程中的出口速度,是模具优化设计的重要参数之一,型材出口速度不均的原因之一是模具设计不当。为了获得高质量的挤压制品,对模具出口区域速度分布的研究是必须的。本文采用DEFORM3D对铝型材进行了3D模拟,获得了在模具制造之间铝型材的出口速度。数值模拟的结果得到了实验的验证,这对优化模具过程是非常重要的。     

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.     

阳极更换及铝液高度对电解槽内铝液流速场的影响

采用k-∈二方程法和SIMPLE算法对190 kA大型预焙阳极铝电解槽分别在槽况较为理想、更换阳极、炉底存在结壳、不同铝水平以及阳极长包情况下的铝液流速场进行了三维计算.结果表明:电解槽中金属铝液主要表现为水平流动,但在槽边部也表现出明显的垂直方向流动;在理想槽况下,铝液中最大水平流速为11.9 cm/s,平均流速为3.5 cm/s;换极、炉底结壳和阳极长包时,在相应位置的铝液中出现显著的环行流动,铝液流动形式发生变化;换极时铝液最大流速(为13.1 cm/s)较理想槽况有较大增加,但平均流速变化不大;炉底存在较小结壳时,铝液流速增加不大;阳极长包时,铝液流速则大大增加,最大水平流速达24 cm/s,而当铝水平适当降低,铝液流动形式和流速未发生明显变化.     

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。     

预焙阳极铝电解槽阳极电、热场的数值仿真与优化

根据傅里叶传热定律和基尔霍夫导电定律，建立了预焙阳极铝电解槽阳极传热、导电的数学模型。用三维控制容积法推导了传热、导电的有限差分方程。在合适的边界条件假定下，采用C语言编程对其进行耦合数值求解，以此确定阳极内部的电位分布和温度分布，并分析了阳极的热平衡状态。通过模拟计算给出阳极和钢爪尺寸对电、热场和热平衡的影响，以此指导设计出阳极电位降尽可能小和散热量尽可能少的阳极和钢爪尺寸。     

三种湍流模型对Al电解槽内Al液流场预测的比较及其工业测试

应用标准k-Е双方程、低Reynolds数Jones-Launder k-Е模型与RNG k-Е模型分别对三种不同进电方式(四点进电的200kA槽、两点进电的160kA槽以及三点进电的80kA槽)的预焙阳极Al电解槽内的Al液流场进行了数值仿真,并且应用铁棒溶蚀法对相应工况下的Al液流场进行了工业测试。通过对计算结果和测试结果的比较与分析,可以得出：与标准k-Е模型相比较,低Reynolds数模型具有较小的湍流粘度;标准k-Е模型与RNG模型用于Al液流场的数值仿真时,其计算结果均有较高的可靠性。并初步得出在电流强度大于80kA的Al电解槽中,Al液流动的计算不适宜应用低Reynolds数模型。     

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。     

Numerical simulation of iron/TiC ceramic tappet brazed with TiZrNiCu filler metal

1　INTRODUCTIONRecently ,withthedevelopmentofautoenginestothedirectionofhighspeedandpower ,theproper tiesofthetappetsusedinautoenginesbecomemoreandmoreimportant .Sohowtoimprovethewearre sistance ,fatigueresistanceandoilstorageofthetap petsbecomesamajorprojectintheautofield .Anewkindofcompoundtappetwasstudiedinthispaper .ItwasmadeofTiCceramic ,whichwasbrazedonthewearsurfaceofiron .ThiskindoftappetcanmakefulluseofgoodwearresistanceofTiCceramicandgoodtoughnessofmetal.Fig .1showsthemi crost…     

基于FLUENT的TIG焊瞬态熔池三维形态的数值模拟

根据流体力学和传热学原理,建立了 TIG 焊瞬态熔池三维数值分析模型.电弧热源模型采用典型的高斯热源分布模型,模型考虑熔池液态金属对流传热、熔池外工件的固态导热、焊接过程中的相变潜热、熔池流体的紊流特性、材料的热物理性能参数随温度变化等因素.用 enthalpy-porosity 方法处理工件熔化/凝固过程中的问题,FLUENT RNG k-ε湍流模型对 TIG 焊熔池模型进行求解.给出了熔池形状的可视化图形结果,熔池形状特征参数随时间的动态变化.结果表明,计算值与实测值吻合良好.

Abstract：

Based on theories of fluid dynamics and heat zransfer, a transient three-dimensional model of TIG weld pools is established, in which Gaussian distribution is used to describe the heat flux source of arc. Many factors are considered in the model including the convective heat transfer of liquid metal and the heat conduction of solid metal, latent heat in welding process, the turbulence characteristics of welding pool fluid, material thermo physical properties as the function of temperature and so on. The enthalpy-porosity technology is adopted to solve the problem with workpiece phase transformation. The graphics results of weld pools and the variation of shape parameters with time are given by using FLUENT RNG k-ε model to calculate the TIG wielding pool. The experiments show that the calculated results agree well with measured value.     

铝合金半固态压铸与液态压铸充型过程的模拟

利用AnyCasting软件模拟了ZL201合金半固态压铸和液态压铸充型的流动过程,并进行了试验验证.模拟及试验结果显示:合理的控制速度转换位置,能够保证半固态浆料以层流方式充填型腔,获得平缓的充型过程,有利于避免卷气、氧化夹杂等缺陷的产生.在相同的速度条件下进行液态压铸,金属液以湍流方式充填型腔,容易形成喷溅和卷气的现象.模拟结果与试验相符合.     

不同进电方式与槽膛内形的铝电解槽内流场的数值模拟

采用k-ε双方程模型封闭的Navier-stokes方程描述铝电解槽内熔体的湍流流动。对于200kA、160kA与80kA三种不同进电方式的铝电解槽以及具有不同槽膛内形的160kA槽，在磁场、热场解析的基础上，计算出相应工况下动量方程中的源项，即洛仑兹力，并对稳定状态下熔体的三维流场进行了数值计算。计算结果表明，在模拟工况条件下，铝液流动在200kA槽内呈现出四个旋涡，在160kA与80kA槽内呈现出两个旋涡；不同的进电方式与槽膛内形对熔体的运动方式均有显著影响。     

搅拌针形状影响搅拌摩擦焊过程金属塑性流动规律的数值模拟

考虑材料参数随温度的变化关系以及搅拌工具的实际结构,利用Fluent流体力学软件建立了搅拌摩擦焊的有限体积模型,对搅拌针的形状影响材料塑性流动行为的规律进行了研究.结果表明,材料的流动速度随着到焊件表面以及到搅拌针旋转轴的距离增加而减小;当减小搅拌针的锥角以及减小搅拌针的螺纹槽宽度时,焊件内部材料的流动速度得到提高.当搅拌工具在焊接过程中顺时针旋转时,对于左螺旋搅拌针,搅拌针附近的材料向下流动,而热力影响区材料的流动方向向上,此规律与右螺旋搅拌针时相反.     

Improved CFD modeling of full dissolution of alumina particles in aluminum electrolysis cells considering agglomerate formation

The full alumina dissolution process in aluminum electrolysis cells was investigated using an improved computational fluid dynamics (CFD) model based on the previous researches by consideration of agglomerate formation. The results show that the total mass of alumina agglomerate and its maximum size are mainly dependent on the feeding amount and increase with increasing it. Higher superheat can effectively inhibit the agglomerate formation and thus promote the full alumina dissolution behavior. The full alumina dissolution process mainly includes a fast stage and a slow stage, with an average dissolution rate of 17.24 kg/min and 1.53 kg/min, respectively. About 50% (mass percentage) of the total alumina particles, almost all of which are the well-dispersed alumina fine grains, dissolve within the fast dissolution stage of about 10 s. The maximum values of the average dissolution rate and final percentage of the cumulative dissolved alumina mass are obtained with a feeding amount of 1.8 kg for a superheat of 12 °C. The formation of the alumina agglomerates and slow dissolution characteristics play a dominant role in the full dissolution of alumina particles.     

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。     

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…     

粉末冶金盘式汽车摩擦片热压成形的数值模拟与实验研究

为了探明汽车盘式摩擦片剪切强度不稳定的原因,用数值方法模拟摩擦片热压成形过程中温度分布和模具局部失效对粉末流动和固结的影响,并进行了相应的实验分析和验证.结果表明:模具局部失效及温度梯度分布造成基体材料溢出,基体材料的流动导致在剪切面上纤维集合定向排列,从而大幅度降低试样的剪切强度;当基体出现剪切层,导致纤维成定向分布时,剪切强度明显下降,低于要求的0.4 MPa(最高值仅为0.356 MPa),而在无溢出情况下,剪切强度都高于0.4 MPa.     

径向加热与侧喷加热铝材退火炉内流场与温度场数值模拟研究

针对现有径向加热铝材退火炉所采用的径向对流换热方式造成铝卷退火效率低,铝卷表面与内部温差大的缺点,采用轴向对流换热的方式,设计出侧喷加热铝材退火炉。利用CFD软件FLUENT,采用标准K-ε模型,对径向加热与侧喷加热铝材退火炉内气体流动和传热问题进行了数值模拟研究,得到了炉内流场与温度场分布特征。结果表明,侧喷加热铝材退火炉内气体流动顺畅、对流换热均匀性好、炉温升速快,且温差控制在±1℃内,满足退火工艺对炉温均匀性的要求,为侧喷加热铝材退火炉的设计与研究提供了理论基础。     

适合使用压边圈的临界计算及数值模拟

在复杂的板料成形过程中,研究压边圈的规律尤其重要.以圆筒形零件为例,通过能量法给出压边圈防皱的理论依据,据此理论依据使用压边圈在板料成形过程中防皱.通过数值模拟软件Dynaform,对具体板料成形过程进行验证,得到与理论值相符的模拟结果,从而验证了理论公式的正确性.     

基于DEFORM的异种金属管复合塑性流动连接过程的数值模拟

为满足生产中对异种金属管材连接的需要,基于塑性流动原理,提出了一种新的异种金属管连接技术——复合塑性流动连接。运用Deform-3D软件对铝合金LY12和紫铜T2管材的连接建立了连接区的金属塑性流动模型并进行了数值模拟,分析了连接时的金属流动规律。结果表明:在连接过程中,旋压头及动态模具的联合作用对连接区域的金属塑性流动起关键作用,且其流动规律受联合作用的控制。