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…     

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.     

Numerical calculation and industrial measurements of metal pad velocities in Hall-Heroult cells

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＭａｇｎｅｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ(ＭＨＤ )ｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｃｅｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[1] .Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ ,ｎｏｔｏｎｌｙｉｎｔｈｅｎｅｗｃｅｌｌｄｅｓｉｇｎｉｎｇｂｕｔａｌｓｏｉｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｍｐｅｒａｇｅｉｎｅｘｉｓｔｉｎｇｌｉｎｅｓ ,ｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｈａｖｅｂｅｅｎｐａｉｄｏｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆＭＨＤ[2 ] .Ｔｗｏａｐｐｒｏａｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｆｏｒｄｅ ｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅＭ…     

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。     

应用等效电阻法和有限元法计算铝电解槽电场

应用等效电阻网络法与有限元相结合的方法,对侧部四点进电铝电解槽电流场进行了数值计算。计算结果表明,铝电解槽铝液中存在着由进电端指向出电端的水平电流,铝液电流密度四个角部最大,达到22214A/m2,总体上铝电解槽电流分布较为对称。应用此方法,不仅可应用于传统电解槽的优化设计,也为新型导流型电解槽的开发打下了良好的技术基础。     

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。     

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。     

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.     

Coupled computation method of physics fields in aluminum reduction cells

1　COUPLEDRELATIONOFPHYSICSFIELDINCELLSTherearesiximportantphysicsfieldsinalu minumreductioncells[13] ,suchaselectricfield ,magneticfield ,temperaturefield ,flowvelocityfield ,concentrationfieldandstressfield .Therelationsa mongthesephysics propertiesareshownasFig .1.　　　　Inregardtorelationofsixfields ,electricfield(electriccurrentandpotentialdistribution)istheen ergyfoundationofoperationandsourceoftheotherphysicsfieldsinreductioncells .Firstly ,electriccur rentcausesthemagne…     

电脉冲对金属铝箔的作用

通过对金属铝箔施加高密度脉冲电流的方法 ,从实验和理论上研究了电脉冲对金属铝箔的作用机制。实验结果表明 ,电脉冲对铝箔能够产生收缩作用 ,铝箔的收缩率与电脉冲充电电压和充电电容以及放电次数有关 ,充电电压越高 ,充电电容越高 ,放电次数越多 ,铝箔的收缩率就越大。分析认为 ,脉冲电流在铝箔中产生的电磁力是导致铝箔收缩的主要原因 ,而脉冲电流产生的焦耳热则不会导致铝箔熔化收缩。     

电解槽融体中电流分布的数值计算

在电解槽三维电位场计算的基础上 ,本文对电解槽在以下情况下 ,融体内电流分布进行了计算 :1)伸腿长度为零的理想情况 ;2 )伸腿长度为零 ,阳极中部位置的阴极表面存在结壳 ;3 )伸腿伸至阳极底部。通过分析发现 ,随着层面的降低 ,水平电流密度的幅值和梯度都变化不大。在炉底存在结壳时 ,结壳两侧电流密度会出现突变 ,而当伸腿伸至阳极底部时 ,在槽边部会出现较大的负方向电流 ,伸腿越长 ,负向电流越大。在达到阴极表面之前 ,铝液层面中垂直电流密度分布基本与铝液层面无关。铝液中横向电流密度在层面之间存在较大梯度     

Numerical simulation of low pressure die-casting aluminum wheel

The FDM numerical simulation software, ViewCast system, was employed to simulate the low pressure die casting (LPDC) of an aluminum wheel. By analyzing the mold-filling and solidification stage of the LPDC process, the distribution of liquid fraction, temperature field and solidification pattern of castings were studied. The potential shrinkage defects were predicted to be formed at the rim/spoke junctions, which is in consistence with the X-ray detection result. The distribution pattern of the defects has also been studied. A solution towards reducing such defects has been presented. The cooling capacity of the mold was improved by installing water pipes both in the side mold and the top mold. Analysis on the shrinkage defects under forced cooling mode proved that adding the cooling system in the mold is an effective method for reduction of shrinkage defects.     

75kA导流槽磁场及其引起的铝液流场模拟分析

以商用有限元计算软件ANSYS为计算平台,对75kA导流型铝电解槽电磁场和电磁力场分布及其对铝液流动和波动的影响进行了模拟计算。结果表明：阴极斜坡表面电磁场和电磁力场分布基本呈沿电解槽长轴对称分布,且电磁力与重力方向相同,这有利于阴极表面电磁力向聚铝沟排放,而在电磁力作用下,聚铝沟内铝液波动最大幅度为0.021m,仍保持在安全范围之内,不会引起两极短路现象的发生,表明在现有75kA普通预焙槽母线配置方案下,可以维持导流型结构电解槽的正常运行。     

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.     

板料单点渐进成形数值模拟研究

板料单点渐进成形过程变形复杂、影响因素多,工艺参数选择是提高成形质量和成形效率的关键。对单点渐进成形过程进行数值模拟,分析了成形件的应力分布和厚度变化以及成形路径、进给量等工艺参数对成形过程的影响。结果表明:成形件最大应力和最大厚度减薄发生在底面附近;采用螺旋进给方式可有效提高成形质量和成形效率。实验结果显示,实验结果与数值模拟结果基本吻合。     

GTAW电弧电势、电流密度和电磁力的数值模拟

基于自由燃烧的CTAW电弧建立了二维稳态的轴对称模型。在研究了电弧的传热和流体流动以及电弧温度场和速度场的同时,按照电磁场理论计算了电弧电势场、电流密度和电磁力在模型空间的分布。方程的求解采用的是以SAMPLE算法为基础编写的通用热流计算软件--PHOENICS。计算结果与文献结果相一致,验证了电弧理论的基本观点。     

6063铝合金铸轧板冷却过程的数值模拟

利用ANSYS Workbench软件对初始温度为548℃的6063铝合金铸轧板的冷却过程进行数值模拟,通过分析温度场和应力场,确定空冷至室温所需的时间及空冷时铸轧板易产生裂纹的可能位置。模拟结果表明,对于铸轧出来的6063铝合金板材,在滚道上自然冷却1800 s后接近室温状态;铸轧板实际冷却时,边部与表面中央部位易产生裂纹。     

非均匀阳极电流电解槽内型数值模拟及均化研究

本文以数值模拟和测试相结合的手段在国内首次研究阳极电流分布不均匀性对槽膛内型的影响,并通过现场实测数据分析阳极电流不均匀的原因,在此基础上提出了提高阳极电流分布均匀性的措施。     

Numerical simulation of continuous roll-casting process of aluminum alloy

In order to improve the strip quality of continuous roll-casting process （CRP） of aluminum alloy, the investigations of the flow behavior within the metal pool, the heat transfer condition between roll and strip, the pouring temperature of molten alloy, the roll-casting speed and the control of the position of solidification final point are important. The finite volume method was applied to the analysis of the continuous roll-casting process. A two-dimensional incompressible non-Newtonian fluid flow with heat transfer was considered, which was described by the continuity equation, the Navier-Stokes equation and the energy equation. With this mathematical model, the flow patterns, temperature fields and solid fraction distributions in the metal pool between two rolls were simulated. From the calculated results, the effects of technical parameters to the position of solidification final point are obtained. The simulated results show that the roll-casting speed and pouring temperature have an enormous effect on the temperature distribution and the position of solidification final point.