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　 辑第 17 卷第 2 期　　　　　 水 动 力 学 研 究 与 进 展 　　　 . , . 17, . 2 A Ser A V ol N o 　　2002 年 4 月　　　　　　　 　　　　　 . , 2002 JOU RNAL O F H YDROD YNAM ICS A p r 文章编号:(2002) 铝电解槽磁流体稳定性有限元分析 吴建康, 　　黄珉, 　　陈波 (华中科技大学力学系, 湖北武汉 430074) 　　摘　要: 　本文采用有限元法求解分层磁流体小扰动方程系统特征值, 研究铝电解槽稳定性。 ( ) 研究结果表明, 在没有电磁力时, 铝液表面波动 内波 是稳定的。存在电磁力时, 它会激发铝液表 面波动的某些低频长波分量不稳定性, 高频短波不受影响。被激发的不稳定波动频率和扰动增长 率与电流密度、磁感应强度垂直分量, 铝电解槽长宽比、电解质和铝液的密度差、厚度等因素密切 相关。减少电流密度、磁感应强度、增加电极距离和铝液厚度可以提高铝电解槽的稳定性。这对铝 电解槽优化设计和在线控制有重要意义。 关　键　词: 　铝电解槽; 磁流体稳定性; 有限元法 中图分类号: 　 361. 3　　　文献标识码: O A 1　前言 随着我国西部开发高潮的到来, 各行业对金属铝的需求激增。目前我国铝工业进入一个最 佳发展时期。铝工业的“霍尔埃鲁特”电解技术总体上已经成熟。为了获得更大的经济效益和 保护环境。铝工业正在寻求电解技术的新突破。铝电解槽是铝电解技术的核心。近三十多年 来, 国际铝电解槽技术的研究有很大的发展。包括电、热、磁、流体运动和结构分析的研究和计 算机软件在铝电解槽设计和生产控制中发挥巨大的作用。铝电解槽稳定性是铝电解生产过程 最重要的关键技术之一。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着 重要的意义。从日本人U rata [ 1 ] 1976 年首次发表铝电解槽稳定性论文以来, 铝电解槽稳定性研 究有很大进展, 相关的计算软件已经问世。由于国外技术必威体育官网网址, 国内很难了解技术细节。本文 目的是建立铝电解槽稳定性有限元分析模型, 以期对我国铝电解槽优化设计和生产在线控制 提供有效的手段。 2　铝电解槽稳定性的物理现象描述 电解槽的电流经过阳极碳、熔化电解质层、铝液层到达阴极。电解质的密度比铝液低, 浮在 ( - 4 ) 铝液上面, 在电磁力作用下作分层流动。电解质的电导率比铝液小很多 约为 10 倍 , 电解槽 收稿日期: ( ) 作者简介: 　吴建康 1946～ , 男, 教授, 博士, 博导。 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 吴建康等: 铝电解槽磁流体稳定性有限元分析 231 的能耗主要集中在熔化电解质层。减少电解质层的厚度可以减少能耗, 提高电流效率。但是减 少电解层厚度, 容易引起铝液表面波动不稳定。在铝电解的生产过程中, 会受到各种扰动, 如气 泡逸出、打壳、加料、换电极、出铝以及电磁场扰动等。如果这些扰动不断增长, 铝液表面、电磁 场则发生剧烈波动。铝液表面