现代大型预焙铝电解槽仿真优化与实践

**篇 铝电解工业的发展概况

第1章 铝电解工业发展概况 （3）

第2章 现代大型预焙铝电解槽结构简介 （6）

2.1 上部结构 （6）

2.2 阴极结构 （11）

2.3 母线结构 （14）

2.4 电解槽电气绝缘 （15）

2.5 国内主流大型铝电解槽槽体结构剖析 （16）

第3章 我国铝电解槽槽型发展所面临的挑战 （18）

第二篇 铝电解槽数值仿真原理与方法

第4章 铝电解槽仿真基本概念 （25）

4.1 物理场仿真概念及进展 （25）

4.2 物理场仿真平台介绍 （27）

4.3 铝电解槽多相多场耦合的概念 （32）

第5章 铝电解槽多物理场建模原理及数学模型 （37）

5.1 电场模型 （37）

5.2 磁场模型 （39）

5.3 流场模型 （43）

5.4 磁流体稳定性模型 （51）

5.5 热场模型 （56）

5.6 应力场模型 （59）

5.7 氧化铝输运模型 （61）

第6章 铝电解槽多物理场仿真流程与求解方法 （65）

6.1 铝电解多物理场仿真流程 （65）

6.2 结构及物理性质参数的确定 （67）

6.3 实体及有限元模型的建立 （73）

6.4 求解器的设置及模型求解 （92）

6.5 结果导出及后处理 （96）

第7章 大型铝电解槽物理场仿真实例 （99）

7.1 稳态电场 （99）

7.2 稳态磁场 （101）

7.3 稳态流场 （104）

7.4 磁流体稳定性 （104）

7.5 热场 （106）

7.6 应力场 （109）

7.7 瞬态流场 （111）

7.8 氧化铝浓度场 （120）

第三篇 现代大型预焙铝电解槽仿真优化工业实践

第8章 槽体结构（长宽比）的仿真与优化 （125）

8.1 长宽比概念 （125）

8.2 长宽比定义及优化方案 （126）

8.3 长宽比与物理场分布的关系研究 （128）

8.4 长宽比优化判据 （135）

第9章 阳极系统的仿真与优化 （137）

9.1 阳极尺寸与电解槽关系分析 （137）

9.2 阳极开槽的计算模型 （141）

9.3 阳极长度方向开槽分析 （142）

9.4 阳极宽度方向开槽分析 （146）

9.5 阳极竖直方向开槽分析 （148）

9.6 阳极结构开槽优化的建议 （149）

第10章 阴极系统的仿真与优化 （152）

10.1 导流型阴极 （152）

10.2 曲面阴极 （157）

10.3 异形阴极 （158）

10.4 底部出电阴极 （161）

10.5 加高型异形钢棒阴极 （167）

10.6 几类双钢棒的对比 （174）

10.7 异型阴极炭块与钢棒优缺点剖析 （181）

第11章 内衬结构的仿真与优化 （184）

11.1 传统铝电解槽的内衬结构 （185）

11.2 高效节能型铝电解槽的内衬结构 （186）

11.3 铝电解槽可压缩内衬结构及新型抗渗材料研究 （188）

11.4 某500 kA特大型铝电解槽的内衬与热场仿真 （196）

11.5 某600 kA铝电解槽的内衬热应力计算与优化 （198）

第12章 阴极母线系统的仿真与优化 （202）

12.1 母线设计理念及其变更 （203）

12.2 母线优化设计方法 （207）

12.3 母线优化设计步骤 （218）

第13章 焙烧启动过程的仿真与优化 （222）

13.1 焙烧启动过程对铝电解槽早期破损的影响 （222）

13.2 焙烧启动过程的物理模型 （223）

13.3 焙烧启动过程的仿真分析 （227）

13.4 焙烧工艺温度场的仿真优化 （231）

13.5 焙烧启动方案优化建议 （235）

第14章 氧化铝浓度仿真与下料系统的优化 （237）

14.1 引言 （237）

14.2 基于氧化铝输运模型的下料点配置仿真对比研究 （239）

14.3 应用实例 （240）

14.4 下料系统配置对400 kA级电解槽内氧化铝浓度分布的影响 （245）

14.5 大型铝电解槽内氧化铝下料点配置的设计准则 （254）

第15章 预焙铝电解槽在线仿真模型开发 （257）

15.1 基于*优化原理的迭代方法简介 （258）

15.2 槽帮形状的二分法和黄金分割法迭代计算 （260）

15.3 电-热场模型的选取及热交换处理 （266）

15.4 不同阳极电流下铝电解槽电-热场的仿真计算 （268）

15.5 铝电解槽在线仿真的建议 （274）

第16章 惰性电极铝电解槽的仿真优化 （276）

16.1 惰性电极铝电解槽结构 （276）

16.2 20 kA级惰性电极铝电解槽电热场仿真优化 （281）

16.3 20 kA级惰性电极铝电解槽热应力仿真研究 （287）

16.4 20 kA级惰性电极铝电解槽电磁流场仿真研究 （294）

16.5 惰性电极槽优化建议 （301）

第17章 大型铝电解槽三维全槽炉帮技术与影响因素分析 （304）

17.1 模型建立的实例 （306）

17.2 基于热-流强耦合的全槽三维槽帮形状仿真 （313）

17.3 不同流场因素对传热过程及全槽槽帮形状的影响研究 （331）

第18章 大型预焙铝电解槽物理场测试 （350）

18.1 大型铝电解槽物理场测试方法与原理 （350）

18.2 大型铝电解物理场测试案例 （356）

第19章 大型预焙铝电解槽物理场与控制优化的工业实践 （370）

19.1 铝电解槽结构、 工艺与控制器综合仿真优化方法研究 （370）

19.2 铝电解低电压高效节能新工艺与控制参数的研究 （372）

19.3 临界稳定控制模型与算法及新一代控制系统开发 （374）

19.4 基于云架构、 以数据为中心的全分布式铝电解控制系统 （378）

第20章 异常槽况下的物理场仿真优化 （380）

20.1 铝电解槽换极的物理场仿真研究 （381）

20.2 槽底沉淀时的物理场仿真研究 （390）

20.3 铝电解槽系列电流波动过程的物理场仿真研究 （395）

附录 彩图 （405）