学海网

北方工业大学硕士学位论文，利用ANSYS软件进行热电场的模拟，并各影响要素进行了较全面和深入的研究。
摘要
铝电解槽中电、热场分布状况直接影响到电解槽的稳定性以及电流效率和能量消
耗，而且，在生产实践中，铝电解槽的电、热场分布难以直接测量。因此，对铝电解
槽电、热分布的计算机仿真研究有着十分重要的意义。
本文借助大型通用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ，对铝电解槽电、热场分布进行了研
究。首先，分析了铝电解槽结构，针对正常生产情况，给出了铝电解槽电、热场三维
静态物理模型及数学模型，并结合铝电解槽的实际情况，给出模型的边界条件。其次，
结合１６０ｋＡ铝电解槽进行了铝电解槽电、热场的仿真分析，结果表明：１６０ｋＡ铝电
解槽正常生产过程，能量总支出为每秒６０７．９６ｋＷ，其中：槽体上部散热量１４３．４８ｋＷ、
槽体侧部散热量１１４ｋＷ、槽体底部散热量１３．８ｋＷ、补偿电解所需能量３３６．６８ｋＷ：能
量总收入为每秒６１０．２４ｋｗ，槽总电压为３．８１４Ｖ，其分布为：阳极压降Ｏ．３６Ｖ、阴极
压降Ｏ．３５７Ｖ、极问压降１．２９７Ｖ、极化压降Ｉ．ｇＶ。在此基础上，通过相应的参数调整，
对３５０ｋＡ铝电解槽电、热场进行了计算，重点给出铝电解槽达到静态能量平衡且各
阳极高度相同时，槽内阳极炭块电、热场的分布情况，并对铝电解正常生产中，新换
阳极不导电和完全导电时，槽内正常工作的阳极炭块的电、热场分布情况分别做了仿
真分析。最后，针对１６０ｋＡ铝电解槽阳极结构尺寸进行了优化设计，给出了两种可
行的优化设计方案。两优化方案中，阳极炭块尺寸均增加，钢爪直径、钢爪深度也均
增加。其中一方案，阳极炭块长、宽、高依次增加６２ｒａｍ、５ｍｍ、５５ｍｍ，钢爪直径、
深度依次增加１８ｍｍ、１３ｒａｍ；另一方案，阳极炭块长、宽、高依次增加７６ｒａｍ、６ｍｍ、
ｌｌｍｍ，钢爪直径、深度依次增加２５ｒａｍ、１８ｍｍ。两种优化方案降低槽电压分别为
５８ｍＶ、９１ｍＶ，电能消耗相应的减少了１９７．２ｋＷｈ／ｔ－Ａｉ、３０９．４ｋｗＭ－Ａｌ。
关键词：铝电解槽，电场，热场，阳极，ＡＮＳＹＳ