發(fā)布時(shí)間：2012.02.19     瀏覽次數(shù)：     新聞來(lái)源：http://www.99pf120.org.cn

物理模型和數(shù)學(xué)模型本文以某廠的240kA預(yù)焙鋁電解槽為研究對(duì)象，考慮到鋁電解槽的對(duì)稱性及研究側(cè)壁散熱的特殊性，對(duì)大型預(yù)焙鋁電解槽物理模型做如下簡(jiǎn)化：（1）取鋁電解槽大面半槽三維切片作為研究對(duì)象。沿槽的長(zhǎng)、短軸對(duì)稱面兩側(cè)的電、熱場(chǎng)呈軸對(duì)稱分布，解析區(qū)域與其它區(qū)域無(wú)熱電傳遞；（2）考慮到陽(yáng)極焦耳熱及鋁導(dǎo)桿對(duì)側(cè)部散熱的影響較小，因此省去陽(yáng)極導(dǎo)桿和鋼爪，陽(yáng)極部分僅做熱解析，陰極區(qū)域做電熱解析；（3）鋁電解槽及其解析域的電、熱場(chǎng)參數(shù)屬于穩(wěn)態(tài)場(chǎng)；鋁液高度與電解質(zhì)高度各處均勻。

　　在邊界條件的處理上，與以往二維模型略有不同，下面僅就不同處加以說(shuō)明：（1）模型槽殼外部邊界加以定溫條件，即在熔體區(qū)、陰極區(qū)和保溫區(qū)的特征點(diǎn)加以實(shí)測(cè)的側(cè)壁溫度值；（2）熔體與槽幫間的換熱系數(shù)根據(jù)各位置熔體流速不同由經(jīng)驗(yàn)公式5、6算出，并根據(jù)槽殼側(cè)壁特征點(diǎn)的溫度加以修正；（3）槽幫的初始位置由實(shí)測(cè)得到，槽幫位置依據(jù)文獻(xiàn)7的解析流程來(lái)確定；（4）側(cè)部槽殼肋板及槽沿板施加對(duì)流和輻射耦合的邊界條件；（5）不同切片的內(nèi)外部以及同一切片側(cè)部槽殼不同區(qū)域的外部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不同；（6）陰極炭塊上表面取為零電位，陰極棒施加電流負(fù)載，其電流值為總電流的平均分?jǐn)傊怠?

　　在分析槽殼熱輻射換熱過程中的面與面之間輻射問題時(shí)，角系數(shù)的確定往往比較復(fù)雜，為此，對(duì)三維切片模型將采用ANSYS的AUX12矩陣生成器，用于計(jì)算各輻射面之間的角系數(shù)矩陣，并將其作為超單元進(jìn)行熱分析，提高了計(jì)算精度。

　　仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)散熱量基本相符，大誤差為熔體區(qū)1000W/m2（約為92%），陰極區(qū)471W/m2（約為6.1%），保溫區(qū)99W/m2（約為4.3%）。造成誤差的原因可能是未考慮陽(yáng)焦耳熱及覆蓋層、鋼爪、導(dǎo)桿的散熱對(duì)側(cè)部散熱的影響，以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的測(cè)量誤差等等，這些都可能會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于鋼板表面覆有積灰等雜質(zhì)，將會(huì)對(duì)黑度有一定影響；此外，熱流計(jì)在不同的測(cè)量位置上，測(cè)得的數(shù)值也是不同的，這些都必然使測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差�？傮w來(lái)看，這一誤差在工程上基本可以接受。仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)值在熔體區(qū)與陰極區(qū)誤差較大，這是由于這些區(qū)域結(jié)構(gòu)、換熱復(fù)雜，換熱量較大，陰極鋼棒散熱也有一定影響。且在實(shí)際傳熱過程中，材料的熱物性參數(shù)變化及各種熱擾動(dòng)等方面，使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際存在一定的差距，但總體上驗(yàn)證了模型和計(jì)算的可靠性。

　　結(jié)語(yǔ)本文在合理簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，針對(duì)具體槽型，建立了鋁電解槽側(cè)部槽殼散熱三維仿真模型，此模型和計(jì)算方法更符合于實(shí)際情況。在計(jì)算槽殼散熱時(shí)，將對(duì)流和輻射耦合計(jì)算（不再使用復(fù)合換熱系數(shù)統(tǒng)一求解），充分考慮了槽殼結(jié)構(gòu)對(duì)散熱的影響，采用ANSYS的AUX12矩陣生成器，計(jì)算各輻射面之間的角系數(shù)矩陣，提高了計(jì)算精度。仿真得出了側(cè)部槽殼溫度及散熱損失的分布規(guī)律，為準(zhǔn)確計(jì)算和分析鋁電解槽側(cè)部槽殼散熱提供了一種可靠的研究方法。

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