铝电解槽电磁流场计算 报告人： 刘正华指导老师： 李贺松教授.pptVIP

热工设备仿真与优化研究所 四、电磁场与流场的耦合计算 19 铝液和电解质界面： LOGO 铝电解槽电磁流场计算 报告人： 刘正华 指导老师： 李贺松教授 热工设备仿真与优化研究所 目录 2 电磁场数学模型 1. 电磁场物理模型 2. 电磁场计算结果 3. 电磁流耦合计算 4. 热工设备仿真与优化研究所 一、电磁场数学模型 3 * 电磁场理论由一套麦克斯韦方程组描述，分析和研究电磁场的出发点就是麦克斯韦方程组的研究，包括这个方面的求解与实验验证。麦克斯韦方程组由下面四个定律组成： 安培环路定律： 法拉第电磁感应定律： 高斯电通定律： 高斯磁通定律： 热工设备仿真与优化研究所 一、电磁场数学模型 4 矢量磁势和标量电势： 对于电磁场的计算，为了我使问题得到简化，通过定义两个量来把电场和磁场变量分离开来，分别形成一个独立的电场或磁场的偏微分方程，这样便有利于数值求解。这两个量一个是矢量磁势A（亦称磁矢位），另一个是标量电势 他们的定义如下： 矢量磁势定义为： 即磁势的旋度等于磁通量密度。 标量电势可定义为: 热工设备仿真与优化研究所 一、电磁场数学模型 5 * 电磁场偏微分方程： 磁矢量势和标量电势自动满足法拉第电磁感应定律和高斯磁通定律，然后再运用到安培环路定律和高斯电通定律中，得到磁场和电场偏微分方程： 磁场偏微分方程： 电场偏微分方程: 采用用有限元法对上面两式进行求解，得到磁势和电势的场分布值，经后处理后得到电磁场各种物理量，如磁感应强度、储能等。 热工设备仿真与优化研究所 二、电磁场物理模型 6 铝电解槽电磁场计算式考虑了能产生感生磁场和被磁化后产生磁场的部分，即：母线，阳极炭块，电解质，铝液，阴极炭块，钢棒等。 铝电解槽的磁场计算时，考虑了相邻槽对本槽的影响。因为铝电解槽的母线在工作时所走的电流都比较大，产生的磁场也比较大，所以相邻槽产生的磁场对本槽影响不能忽略。 热工设备仿真与优化研究所 二、电磁场物理模型 7 基于以上理论，采用有限元仿真软件建立了铝电解槽电磁场的物理模型。 电磁场模型中的电场模型图中的母线采用LINK68建立，磁场模型图中母线用SOURC36单元建立，铝液、电解质、阴极炭块、阳极炭块、阴极钢棒等都用SOLID5建立。 热工设备仿真与优化研究所 二、电磁场物理模型 8 铝电解槽电场物理模型 电流由斜立母线然后流经衡量母线-导杆-钢爪-阳极炭块-电解质-铝液-阴极炭块-阴极钢棒-阴极母线-斜立母线的回路。 热工设备仿真与优化研究所 二、电磁场物理模型 9 铝电解槽磁场物理模型 母线用SOURC36单元建立，铝液、电解质、阴极炭块、阳极炭块、阴极钢棒等都用SOLID5建立。 热工设备仿真与优化研究所 三、电磁场计算结果 10 铝电解槽电流分布 热工设备仿真与优化研究所 三、电磁场计算结果 11 铝电解槽铝液层电流分布 热工设备仿真与优化研究所 三、电磁场计算结果 12 铝电解槽磁场在X方向上的磁感应强度Bx的分布 X方向的磁感应强度沿短轴呈反对称分布，极值出现在大面(A面和B面)靠近槽壳处，且进电侧的磁场大于出电侧的。 热工设备仿真与优化研究所 三、电磁场计算结果 13 铝电解槽磁场在Y 方向上的磁感应强度By的分布 y方向上的磁感应强度沿短轴呈反对称分布而沿长轴呈对称分布，极值出现在电解槽出铝端和烟道端。 热工设备仿真与优化研究所 三、电磁场计算结果 14 铝电解槽磁场在Z方向上的磁感应强度Bz的分布 Z方向的磁感应强度短轴两侧基本呈反对称关系，沿长轴两侧基本呈反对称分