铝电解槽内电-磁-流场的耦合仿真方法及应用

计算物理 ›› 2006, Vol. 23 ›› Issue (6): 665-672.

铝电解槽内电-磁-流场的耦合仿真方法及应用

姜昌伟¹, 梅炽², 周乃君², 刘和云¹, 傅俊萍¹

1. 长沙理工大学能源与动力工程学院, 湖南长沙 410077;
2. 中南大学能源与动力工程学院, 湖南长沙 410083

收稿日期:2005-09-02 修回日期:2006-01-16 出版日期:2006-11-25 发布日期:2006-11-25
作者简介:姜昌伟(1973-),男,浙江省江山市,博士,副教授,从事热工设备的仿真与优化研究.
基金资助:
国家重点基础研究发展规划(2005CB623703)资助项目

Simulation of Coupled Electric-Magnetic-Flow Fields in an Aluminum Reduction Cell

JIANG Chang-wei¹, MEI Chi², ZHOU Nai-jun², LIU He-yun¹, FU Jun-ping¹

1. College of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha 410077, China;
2. Energy and Power Engineering School, Central South University, Changsha 410083, China

Received:2005-09-02 Revised:2006-01-16 Online:2006-11-25 Published:2006-11-25

摘要/Abstract

摘要： 基于电磁流体力学的基本理论,应用等效电阻网络法与有限元相结合计算铝电解槽电流场,标量电位法和双标量磁位法计算铝电解槽磁场,k-ε双方程模型计算电磁力驱动下的铝液流动,并与工业测试结果进行比较.对200 kA侧部四点进电的铝电解槽进行计算与测试,其结果吻合良好;水平磁场形成一个顺时针的漩涡,垂直磁场沿长轴和短轴呈反对分布;铝液流动呈现出沿长轴方向排列的4个漩涡.仿真磁场误差小于10.0%,流场误差不超过5.0%.

关键词: 铝电解槽, 磁流体动力学, 电流场, 磁场, 流场

Abstract: Based on the basic theory of magnetohydrodynamics,the current field in an aluminum reduction cell is calculated using an equivalent resistance method(ERM) and a finite element method(FEM).The magnetic field in alumium reduction cells is calculated using a scalar voltage potential method and a two scalar magnetic potential method.The flow field in aluminum reduction cells is calculated using a two equation k-ε model.A comparison of measured and calculated results in a 200 kA aluminum reduction cell shows good agreement.It is found that the horizontal magnetic field forms a clockwise whirlpool and the vertical magnetic field presents an antisymmetry distribution.The flow field in aluminum reduction cells presents four whirlpools along the X axis.The errors of the magnetic field and the flow field are less than 10.0% and 5.0%,respectively.

Key words: aluminum reduction cell, magnetohydrodynamics, electric field, magnetic field, flow field

中图分类号:

TF806125

姜昌伟, 梅炽, 周乃君, 刘和云, 傅俊萍. 铝电解槽内电-磁-流场的耦合仿真方法及应用[J]. 计算物理, 2006, 23(6): 665-672.

JIANG Chang-wei, MEI Chi, ZHOU Nai-jun, LIU He-yun, FU Jun-ping. Simulation of Coupled Electric-Magnetic-Flow Fields in an Aluminum Reduction Cell[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2006, 23(6): 665-672.

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