發(fā)布時間：2012.02.19     瀏覽次數(shù)：     新聞來源：http://www.99pf120.org.cn

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

　　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)的特征點加以實測的側壁溫度值；（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)驗公式5、6算出，并根據(jù)槽殼側壁特征點的溫度加以修正；（3）槽幫的初始位置由實測得到，槽幫位置依據(jù)文獻7的解析流程來確定；（4）側部槽殼肋板及槽沿板施加對流和輻射耦合的邊界條件；（5）不同切片的內外部以及同一切片側部槽殼不同區(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，陰極棒施加電流負載，其電流值為總電流的平均分攤值。

　　在分析槽殼熱輻射換熱過程中的面與面之間輻射問題時，角系數(shù)的確定往往比較復雜，為此，對三維切片模型將采用ANSYS的AUX12矩陣生成器，用于計算各輻射面之間的角系數(shù)矩陣，并將其作為超單元進行熱分析，提高了計算精度。

　　仿真結果與實測散熱量基本相符，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焦耳熱及覆蓋層、鋼爪、導桿的散熱對側部散熱的影響，以及現(xiàn)場測試中的測量誤差等等，這些都可能會對結果產(chǎn)生一定的影響。在實際生產(chǎn)中，由于鋼板表面覆有積灰等雜質，將會對黑度有一定影響；此外，熱流計在不同的測量位置上，測得的數(shù)值也是不同的，這些都必然使測試結果與仿真結果產(chǎn)生一定的誤差。總體來看，這一誤差在工程上基本可以接受。仿真結果與實測值在熔體區(qū)與陰極區(qū)誤差較大，這是由于這些區(qū)域結構、換熱復雜，換熱量較大，陰極鋼棒散熱也有一定影響。且在實際傳熱過程中，材料的熱物性參數(shù)變化及各種熱擾動等方面，使得計算結果與實際存在一定的差距，但總體上驗證了模型和計算的可靠性。

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

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