基于数值仿真方法的大型铝电解槽侧部槽壳散热模型的研究

摘要

能量平衡的测算是检验铝电解槽设计并指导生产的重要手段，因此，对能量平衡的研究受到广泛重视。在能量平衡的测量与计算中，热损失计算的准确性将直接影响能量平衡计算的可靠性。而铝电解槽槽壳侧部散热损失，占总散热损失的比例较大(约占35％以上)，对铝电解槽的散热具有重要影响。所以，探讨准确地计算铝电解槽壳散热损失具有重要的意义。 本文以ANSYS商业软件为平台，以240kA预焙铝电解槽为研究对象，对物理模型进行适当简化，取铝电解槽半槽侧部切片为解析区域，建立侧部槽壳的二维和三维电热仿真模型，对铝电解槽侧部槽壳的稳态温度场及散热损失分布进行了数值仿真研究。 本文的主要创新点及结论： (1)本文利用铝电解槽半槽切片电热仿真模型对铝电解槽槽壳侧部散热进行了计算分析，得出了铝电解槽侧部散热分布规律及影响因素，并准确的计算出槽壳侧部熔体区、阴极区及保温区的热流值，计算结果与实测值基本相符，为准确计算分析铝电解槽槽壳侧部散热提供了一种新的方法和手段。 (2)本文在研究铝电解槽侧部散热损失时，将对流与辐射换热耦合仿真计算(而不再使用复合换热系数统一求解)，分别得出其分布规律以及各个区域的对流换热和辐射换热的热流值，同时指出辐射散热在铝电解槽侧部散热中的重要作用，计算结果更加合理。 (3)根据仿真结果，并针对不同区域的侧部散热规律，分区域修正了散热公式，分别得到熔体区、阴极区和保温区的对流、辐射散热损失的计算公式。同时利用ANSYS辐射单元准确求解出辐射换热的角系数，为求解辐射换热损失提供了一种新的途径。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章文献综述

第三章铝电解槽二维数值仿真与槽壳侧部散热影响因素的研究

第四章铝电解槽侧部散热三维仿真模型计算与检验

第五章铝电解槽侧部散热损失模型及其修正

第六章全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、参与的科研项目

致谢