铝电解下料过程中氧化铝浓度分布及电解质温度场的数值模拟分析
发布时间：2021-09-09 15:32
铝电解槽是工业生产铝的核心设备,而氧化铝是工业生产铝的主要原料,氧化铝浓度分布情况直接影响电解槽的生产效率和运行稳定性。同时,铝电解槽在运行过程中需要保持良好的热平衡,这样可以减少铝电解过程中的能耗,而氧化铝的添加会破坏电解槽热平衡。本文在国家国际科技合作专项项目的资助下,针对当前国内外铝电解槽氧化铝浓度分布和下料过程电解质温度场研究的不足,开展了某420kA大型预焙电解槽氧化铝浓度动态分布、最优下料方式及下料过程电解质浓度-热场的研究,为氧化铝下料工艺设计及优化提供技术指导。本文的主要研究内容与成果如下:（1）根据铝电解槽中电解质流场和氧化铝浓度分布特点,本文基于氧化铝下料与消耗数学模型,建立了氧化铝浓度瞬态分布模型,实现了铝电解槽全槽氧化铝浓度按时间变化的分布情况的精确解析。针对该模型,本文首次提出并采用了全槽氧化铝最大浓度/最小浓度c cmax min/、最大速度/最小速度v vmax min/、体积比volr以及面积比arear等时变因素,对下料过程中模型的周期稳定性进行了分析,并与现场实测数据进行对比,很好地验证了本文数值模型的正确性。（2）为了更好地完善铝电解槽的下料方式,...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 铝电解工业概述
1.2 铝电解槽原理
1.3 国、内外研究进展
1.4 本文的研究内容及意义
2 铝电解槽内电解质运动的数学建模
2.1 电解质运动的简化
2.2 电解质区域两相流的数学建模
2.3 氧化铝消耗与下料过程的数学建模
2.4 本章小结
3 铝电解槽内氧化铝浓度分布的数值模拟分析
3.1 电解质区域有限元模型
3.2 电解质-阳极气泡稳态两相流的数值模拟分析
3.3 铝电解槽内氧化铝浓度瞬态分布的数值模拟分析
3.4 本章小结
4 铝电解槽内氧化铝下料方案的优化设计
4.1 下料方案的配置
4.2 下料点个数和位置的优化选择
4.3 下料批次和周期的优化选择
4.4 本章小结
5 铝电解槽下料过程对电解质温度场的影响
5.1 电解质浓度-热场的数学建模
5.2 电解质浓度-热场耦合计算与结果分析
5.3 本章小结
6 结论及展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFD simulation of effect of anode configuration on gas–liquid flow and alumina transport process in an aluminum reduction cell[J]. 詹水清,李茂,周孑民,杨建红,周益文. Journal of Central South University. 2015(07)
[2]500kA级铝电槽内氧化铝浓度场的数值模拟[J]. 江南,邱泽晶,张翮辉,张红亮,杨帅,李劼,刘庆生. 中国有色金属学报. 2015(03)
[3]铝电解槽熔体内氧化铝浓度分布的数值模拟[J]. 詹水清,李茂,周孑民,周益文,杨建红. 中国有色金属学报. 2014(10)
[4]我国电解铝工业现状与发展[J]. 张国锋. 广州化工. 2013(12)
[5]大型铝电解槽电解质流场涡结构的数值模拟[J]. 李劼,张翮辉,张红亮,徐宇杰,杨帅,赖延清. 中国有色金属学报. 2012(07)
[6]预焙铝电解槽三维槽帮形状的模拟计算[J]. 崔喜风,邹忠,张红亮,李劼,徐宇杰. 中南大学学报(自然科学版). 2012(03)
[7]底部出电型铝电解槽母线结构与电磁流场仿真优化[J]. 刘业翔,梁学民,李劼,张红亮,徐宇杰,丁凤其,邹忠. 中国有色金属学报. 2011(07)
[8]氧化铝含量对电解铝生产主要技术参数的影响[J]. 徐卫东,闫太网. 山西冶金. 2007(05)
[9]156kA铝电解槽内电解质两相流动的数值模拟[J]. 夏小霞,周乃君,崔大光,包生重. 中国有色金属学报. 2006(11)
[10]铝电解金属阳极上的气泡析出行为[J]. 徐君莉,石忠宁,高炳亮,邱竹贤. 中国有色金属学报. 2004(02)
硕士论文
[1]基于界面传热机理的铝电解槽综合热场分析模型及其应用[D]. 杨帅.中南大学 2013
[2]铝电解槽内熔体涡运动与氧化铝输运过程的数值模拟研究[D]. 张翮辉.中南大学 2012
[3]铝电解槽内熔体运动数学建模及应用研究[D]. 徐宇杰.中南大学 2010
[4]160kA预焙阳极铝电解槽阴极内衬电—热—应力计算机仿真研究[D]. 邓星球.中南大学 2004
本文编号：3392341
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 铝电解工业概述
1.2 铝电解槽原理
1.3 国、内外研究进展
1.4 本文的研究内容及意义
2 铝电解槽内电解质运动的数学建模
2.1 电解质运动的简化
2.2 电解质区域两相流的数学建模
2.3 氧化铝消耗与下料过程的数学建模
2.4 本章小结
3 铝电解槽内氧化铝浓度分布的数值模拟分析
3.1 电解质区域有限元模型
3.2 电解质-阳极气泡稳态两相流的数值模拟分析
3.3 铝电解槽内氧化铝浓度瞬态分布的数值模拟分析
3.4 本章小结
4 铝电解槽内氧化铝下料方案的优化设计
4.1 下料方案的配置
4.2 下料点个数和位置的优化选择
4.3 下料批次和周期的优化选择
4.4 本章小结
5 铝电解槽下料过程对电解质温度场的影响
5.1 电解质浓度-热场的数学建模
5.2 电解质浓度-热场耦合计算与结果分析
5.3 本章小结
6 结论及展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFD simulation of effect of anode configuration on gas–liquid flow and alumina transport process in an aluminum reduction cell[J]. 詹水清,李茂,周孑民,杨建红,周益文. Journal of Central South University. 2015(07)
[2]500kA级铝电槽内氧化铝浓度场的数值模拟[J]. 江南,邱泽晶,张翮辉,张红亮,杨帅,李劼,刘庆生. 中国有色金属学报. 2015(03)
[3]铝电解槽熔体内氧化铝浓度分布的数值模拟[J]. 詹水清,李茂,周孑民,周益文,杨建红. 中国有色金属学报. 2014(10)
[4]我国电解铝工业现状与发展[J]. 张国锋. 广州化工. 2013(12)
[5]大型铝电解槽电解质流场涡结构的数值模拟[J]. 李劼,张翮辉,张红亮,徐宇杰,杨帅,赖延清. 中国有色金属学报. 2012(07)
[6]预焙铝电解槽三维槽帮形状的模拟计算[J]. 崔喜风,邹忠,张红亮,李劼,徐宇杰. 中南大学学报(自然科学版). 2012(03)
[7]底部出电型铝电解槽母线结构与电磁流场仿真优化[J]. 刘业翔,梁学民,李劼,张红亮,徐宇杰,丁凤其,邹忠. 中国有色金属学报. 2011(07)
[8]氧化铝含量对电解铝生产主要技术参数的影响[J]. 徐卫东,闫太网. 山西冶金. 2007(05)
[9]156kA铝电解槽内电解质两相流动的数值模拟[J]. 夏小霞,周乃君,崔大光,包生重. 中国有色金属学报. 2006(11)
[10]铝电解金属阳极上的气泡析出行为[J]. 徐君莉,石忠宁,高炳亮,邱竹贤. 中国有色金属学报. 2004(02)
硕士论文
[1]基于界面传热机理的铝电解槽综合热场分析模型及其应用[D]. 杨帅.中南大学 2013
[2]铝电解槽内熔体涡运动与氧化铝输运过程的数值模拟研究[D]. 张翮辉.中南大学 2012
[3]铝电解槽内熔体运动数学建模及应用研究[D]. 徐宇杰.中南大学 2010
[4]160kA预焙阳极铝电解槽阴极内衬电—热—应力计算机仿真研究[D]. 邓星球.中南大学 2004
本文编号：3392341
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