铝电解槽电解质-铝液流动及铝液表面变形计算.pdfVIP

第!’ 卷第! 期 中国有色金属学报 ’ 年 月 ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( A7B) !’ -7C ! $% ’%()* +,-.)/0 ,1 2,)1..,-* 34/0* ;3D) ( ’ 文章编号：!# $% （’ ） ! # ! # 铝电解槽电解质!铝液流动及铝液表面变形计算! ! ! 吴建康 ，黄( 珉 ，黄( 俊 ，姚世焕 （!) 华中科技大学 力学系，武汉#’*# ； ) 贵阳铝镁设计研究院，贵阳++# ） 摘( 要： 在,-./. 平台上采用有限元法和!! 湍流模型求解粘性不可压缩流体三维雷诺平均的-012345.67839 方 程，计算在电磁力作用下铝电解槽液体流动。对电解质和铝液的流场分别求解，然后利用分层液体界面压强连续 条件计算铝液表面变形。’ 8, 电解槽的计算结果表明电解质和铝液流动为近似水平的两个旋涡，其中一个旋涡 的中央区铝液表面上升，另一个旋涡中央区铝液表面下降。流动速度从旋涡中心向外增加，最大速度发生在电解 槽边壁附近，并迅速减少为零。这种速度特性表明电解槽边壁某些部分承受较大摩擦力。计算结果与’ 8, 电解 槽在运行+ 个半月后的实测数据基本一致。 关键词：铝电解槽；磁流体力学；有限元法 中图分类号： 文献标识码：, :; ! ( ( 铝工业的“霍尔5埃鲁特”电解技术总体上已经 变化，与设计槽不一样；其二是数值计算也会有各 成熟。为了获得更大的经济效益和保护环境，铝工 种误差。以往自编程序在解的收敛性判断方面难以 业正在寻求电解技术的新突破，因此研究开发先进 控制，貌似收敛，其实不然。本文作者的计算工作 技术以解决有关的难题，对我国的铝工业生产有十 选择在,-./. 平台上进行，就是为了尽量避免数 分重要的意义。铝电解槽是铝电解技术的核心。近 值计算上的误差，计算压强的收敛误差一般可达到 二十多年来，随着计算机技术的发展，国际铝电解 ? ! 。,-./. 商业软件包是比较成熟的力学计算工 槽数学模型的研究有很大的发展。包括电、热、磁、 具，在流体力学模型以及边界处理正确的条件下， 流体运动和结构分析的数学模型及实验研究［! = $ ］和 其计算结果应该具有较高可信度。作者在预先没有 计算机软件已在铝电解槽设计和生产控制中发挥巨 数据的提示下，得到重要的流动特征，计算结果与 大的作用。在铝电解槽的关键技术中，电解质和铝 实测数据吻合较好，这对电解槽设计和生产在线控 液流动是最重要的问题之一。它对提高电流效率、 改善工作条件、保护环境和延长电解槽寿命有重要 制很有意义。 的影响。文献［* ］对电解槽磁流体运动作了综述。 电解槽的电流经过阳极碳、熔化电解质层、铝液层 # 控制方程和边界条件 到达阴极。电解质的密度比铝液小! 左右，浮在 铝液上方。在运行的铝电解槽中存在电磁力，它是 电解槽的内部结构如图! 所示。由于电解质的 电流密度和磁感应强度相互作用而产生的一种驱动