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目 录1

第一篇铝电解槽中的温度场1

第一章绪论1

1.1铝电解发展概述1

1.2研究铝电解槽中传热问题的重要意义2

1.3铝电解槽的槽膛内形和槽帮结壳3

1.3.1 铝电解槽槽帮结壳的形成、变化及其主要成分3

1.3.3槽帮结壳与熔体之间换热系数的研究现状4

1.3.2铝电解槽槽帮结壳与电解质和铝液熔体之间的换热系数4

1.3.4规整的槽膛内形对铝电解生产的重要意义5

1.4铝电解槽传热数学模型6

第二章冰晶石—氧化铝熔盐电解反应的热力学8

2.1冰晶石—氧化铝熔盐电解的能量消耗8

2.2铝电解槽的可逆电势Erev10

2.3氧化铝的活度12

2.4电解铝的当量电压E△Hθ12

2.6铝电解槽的热损失和热平衡15

2.5铝电解槽的槽电压及其电能分配15

第三章铝电解槽的温度场19

3.1传热问题概述19

3.1.1传热的三种方式19

3.1.2传热问题的边界条件及求解方法20

3.2铝电解槽传热过程的物理模型21

3.3铝电解槽传热过程二维稳态数学模型23

3.3.1 电解槽数学模型求解区域的单元划分23

3.3.2热交换过程的控制方程及其离散23

3.3.3铝电解槽数学模型的边界条件31

3.4计算实例32

3.4.1计算所需数据的选取32

3.4.2计算结果35

第四章槽帮结壳与介质换热系数的计算38

4.1 铝电解槽电解质熔体和铝液与槽帮结壳之间传热的基本原理38

4.2槽帮与电解质熔体和铝液熔体之间的换热系数42

之间的换热系数43

4.3热流管法计算槽帮结壳与电解质熔体43

4.3.1铝电解槽中的热流线及其分布44

4.3.2计算原理44

4.4计算实例46

4.4.1计算所需数据46

4.4.2计算结果48

5.1 铝电解过程中铝液水平的变化对槽膛形状的影响50

5.1.1模型的建立50

第五章铝电解过程中槽膛形状的变化50

5.1.2计算铝电解槽内槽帮结壳形状的方法51

5.1.3铝电解槽铝液最佳高度的判断标准52

5.1.4计算实例53

5.2选用不同的内衬炭材料对槽膛形状的影响56

5.2.1铝电解槽内衬炭材料及其导热性能57

5.2.2计算实例58

5.2.3计算结果59

6.1.1计算原理64

6.1计算原理和计算方法64

热状态的影响64

第六章铝电解槽电压、电流强度变化对电解槽64

6.1.2计算方法67

6.2计算实例68

6.2.1槽帮结壳变化厚度的选取68

6.2.2电解质初晶温度的计算方法68

6.2.3计算结果69

参考文献73

第二篇大型预焙阳极铝电解槽磁场的计算76

第七章绪论76

7.1 铝电解槽磁场计算及其研究的意义76

7.2电磁场的计算方法概述77

7.3国内外有关铝电解槽磁场计算研究的现状78

7.3.1磁衰减系数法80

7.3.2有限元素法80

7.3.3边界元素法82

8.1基本概念90

第八章铝电解槽内外传导电流产生磁场的计算90

8.2母线电流产生磁场的计算91

8.2.1 电流恒定时线形导体所产生磁场的计算92

8.2.2 电流线性变化时线形导体所产生磁场的计算94

8.3阴极炭块、阳极炭块以及铝液和电解质熔体中电流所产生磁场的计算95

第九章表面磁荷法计算磁场的原理和步骤100

9.1表面磁荷法计算磁场的原理100

9.2应用表面磁荷法计算磁场的公式推导104

9.3非线性方程组的求解107

9.4应用表面磁荷法计算磁场的步骤107

9.5应用表面磁荷法计算磁场的程序框图108

第十章铝电解槽磁场计算程序的验证109

10.1磁场的测量109

10.1.1测量点位置的确定110

10.1.2测量仪器110

10.1.3电流分布的测定110

的制备111

10.1.4高斯计探头的构造原理和测量装置111

10.1.5测量步骤112

10.1.6测量结果114

10.2磁场的计算114

10.3测量结果与计算结果的对比与讨论115

10.4误差分析117

11.1 160kA大型预焙阳极铝电解槽磁场的计算119

11.1.1计算结果119

第十一章铝电解槽磁场的计算实例119

11.1.2铁磁材料对铝电解槽磁场分布的影响122

11.1.3电流分布对铝电解槽磁场分布的影响125

11.2 186kA大型预焙阳极铝电解槽磁场的计算128

11.3 230kA大型预焙阳极铝电解槽磁场的计算131

11.4母线设计改进后的186kA大型预焙阳极铝135

电解槽磁场的计算135

11.5 母线设计改进后的230kA大型预焙阳极铝电解槽磁场的计算138

参考文献138

12.1铝电解槽流场计算及研究的意义143

第三篇铝电解槽磁场对铝液流动影响的研究143

第十二章绪论143

12.2流体力学研究方法概述144

12.3紊流问题的数值计算方法概述146

12.3.1直接模拟法146

12.3.2大涡模拟法146

12.3.3雷诺时均方程法146

12.4国内外有关铝电解槽流场研究的现状152

第十三章 铝电解槽流场控制方程的建立及离散159

13.1基本概念159

13.1.1连续性方程159

13.1.2运动方程159

13.1.3能量方程160

13.2铝电解槽流场的数学描述161

13.2.1模型的简化161

13.2.2铝电解槽流场的二维紊流数学模型162

13.2.3壁面函数法163

13.3求解区域的离散化166

13.4通用控制微分方程167

13.5离散方程的建立168

13.5.1控制微分方程的离散方法168

13.5.2通用控制微分方程的离散168

13.5.3动量方程的离散170

13.6离散方程的求解方法172

13.6.1 SIMPLE算法172

13.6.2 SIMPL点R算法173

第十四章铝电解槽流场的计算176

14.1铝电解槽流场计算的边界条件176

14.2铝电解槽流场的计算实例177

14.2.1 160kA大型铝电解槽的流场177

14.2.2 186kA大型铝电解槽的流场177

14.2.3 230kA大型铝电解槽的流场178

14.2.4 186kA大型铝电解槽母线改进后的流场179

参考文献180