论文部分内容阅读
铝电解槽的电、磁、流、力等物理场能够显著影响到铝电解槽的电流效率与铝电解槽的使用寿命等技术指标。因此,铝电解槽多物理场的模拟研究对铝电解槽物理场的优化设计和新槽型的开发都具有十分重要的意义。论文采用计算机仿真技术,利用大型有限元分析软件COMSOL Multiphysics,以300kA预焙阳极铝电解槽作为研究对象,对预焙阳极铝电解槽的铝液液面进行了电、磁、流场的多物理场模拟计算。对电解槽结构的优化设计和开发新型电解槽具有重要的实际指导意义。首先建立了铝液流场的数学模型,采用κ-ε双方程模型描述铝液流动所遵循的基本原则。铝电解槽中铝液流场的边界条件采用壁面函数法进行处理。其次,本文对300kA预焙阳极铝电解槽内部铝液的受力情况进行了细致的分析,得出铝液流场循环流动的主要驱动力是电磁力。根据现有300kA预焙阳极铝电解槽的基础数据,通过使用COMSOL Script编程软件,预先计算出电磁力场,将得到的结果保存为Fx.txt和Fy.txt文件,存放在指定文件夹下,以备在进行COMSOL软件建模的时候使用。然后,基于有限元分析软件COMSOL Multiphysics,建立了铝液流场的有限元模型。通过添加内嵌函数,能够将预先得到的电磁力数据转换为建模所需要的流液运动的体积力。最后,进行求解计算,并对结果进行后处理和可视化,绘制各种图形。通过图形能够知道,由于电磁场分布不均匀,导致铝液速度出现明显的区别,在槽边、角等地方流速过快,加速了铝电解槽的损耗。利用COMSOL电磁场有限元法,并应用其二次开发工具参数化设计语言,建立了300kA预焙铝电解槽三维电磁场有限元仿真模型,计算了铝电解槽内的电场分布以及磁场分布。从全局优化的观点出发,设计改进的遗传算法(Genetic algorithm),运用MATLAB语言编写源程序,使用标准检验函数对其检测。对铝电解槽中电磁场的逆问题进行了分析,通过自编的改进遗传算法的计算程序,对铝电解槽的工艺参数进行了优化以提高铝电解槽的电流效率。