本发明专利技术公开一种电解槽失电后的热应力场模拟分析方法，建立铝电解槽全槽三维模型，采用有限空间自然对流传热的试验关联式、两个漫灰表面组成的封闭腔辐射传热公式计算槽罩内对流换热系数，采用大空间自然对流传热关联式计算侧部槽壳的对流换算系数，采用有限分析软件ANSYS Workbench通过热扩散的方式进行电解槽的稳态热场仿真分析，同时采用分析出的稳态热场做瞬态热场分析及热应力场分析；本发明专利技术方法可分析得到电解槽稳态时的温度场分布情况，建立的稳态温度场与实际测量结果比较，其温度差最大为76℃，最小为7.9℃，温度分布趋势与实际情况相符。际情况相符。
【技术实现步骤摘要】
一种电解槽失电后的热应力场模拟分析方法
[0001]本专利技术涉及一种电解槽失电后的热应力场模拟分析方法，属于电解槽分析方法领域。
技术介绍
[0002]电解槽直流失电，对铝解的正常生产和电解槽的结构都会产生不同程度的影响。停电时间越长，影响就越大，铝电解生产的过程需要保持能量和物料收支平衡，停电破坏了电解槽的能量收支平衡，重新通电后，电解槽需要重新建立新的能量收支平衡，这个过程需要耗费的电能和物料与停电时间正比例关系。停电时间过长，电解质因冷却收缩密度增大而下沉到槽底，一定程度的下沉可以经过效应融化底部电解质的方式，使得电解质完全熔化重新浮到铝液上面后，使磁场恢复正常。极端的停电时间，最终导致电解槽中电解质由液态向固态转变，大量的电解质下沉到阴极表面，最终导致电解槽濒临死亡。电解槽失电后的介质温度及应力场变化情况对应急处置及平时的应急管理具有重要的指导意义。
技术实现思路
[0003]本专利技术采用ansys有限元仿真软件的相应方法对失电后的电解槽进行热应力场分析，包括稳态热场、瞬态热场分析及热应力场分析，对实际生产进行指导。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种电解槽失电后的热应力场模拟分析方法，具体步骤如下：
[0006](1)电解槽全槽三维模型的建立：根据实际电解槽的形貌以及材质，建立电解槽全槽三维模型；
[0007](2)根据公式和有限空间自然对流传热的试验关联式Nu＝0.061(Gr
δ
Pr)
1/3
，计算电解槽槽罩内覆盖料的对流换热系数K1；
[0008]根据公式和两个漫灰表面组成的封闭腔辐射传热公式计算电解槽槽罩内覆盖料的辐射换热换算的对流换热系数K2；
[0009]则整个电解槽内的综合对流换热系数K＝K1+K2；
[0010]以上公式中：K1、K2、K为对流换热系数，W/(m2℃)；Gr为格拉晓夫数；Pr＝0.684，普朗特数；Nu为努塞尔数；A1、A2为面积，m2；E
b1
、E
b2
为光谱辐射力，等于C0为黑体辐射系数，其值为5.67W/(m2·
K)；ε1、ε2为发射率；
[0011](3)根据公式和大空间自然对流传热关联式Nu＝C(GrPe)
n
，取C为
0.0292，n为0.39，计算侧部槽壳、方钢侧面、方钢头的对流换算系数；
[0012](4)采用有限元分析软件ANSYS Workbench，通过热扩散的方式进行电解槽的稳态热场仿真分析，同时采用分析出的稳态热场做瞬态热场分析及热应力场分析。
[0013]本专利技术取得的技术效果如下：
[0014](1)本专利技术方法可分析得到电解槽稳态时的温度场分布情况，建立的稳态温度场与实际测量结果比较，其温度差最大为76℃，最小为7.9℃，温度分布趋势与实际情况相符。
[0015](2)本专利技术方法可分析得到电解槽失去直流电流输入后电解槽瞬态温度场变化情况，着重分析了电解槽内各个介质的温度变化情况，获取了电解槽失电后随时间延长温度下降情况，得到了电解槽内各个介质的温度随时间下降的曲线。
[0016](3)本专利技术方法可分析得到电解槽稳态热应力场分布情况及失电某个时间点的应力场情况。
附图说明
[0017]图1为铝电解槽全槽三维模型图；
[0018]图2为铝电解槽横切面模型图；
[0019]图3为铝电解槽全槽三维模型网格划分图
[0020]图4为铝电解槽稳态温度分布云图；
[0021]图5为铝电解槽模拟分析方钢温度分布云图与实际测量结果对比图；
[0022]图6为ANSYS Workbench热应力场分析流程图。
[0023]图7为铝电解槽失电2小时模拟分析温度分布云图；
[0024]图8为铝电解槽失电后模拟分析各个介质温度分布曲线；
[0025]图9为铝电解槽稳态应力分布云图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0027]实施例1
[0028]一种电解槽失电后的热应力场模拟分析方法，具体步骤如下：
[0029](1)电解槽全槽三维模型的建立：采用solidworks软件，建立电解槽全槽三维模型，具体参数：长度为17.78m、宽度为4.32m，含48块阳极、48块阴极，阳极中缝宽度为180mm，间缝宽度为30mm，铝水为33cm，电解质为15cm，全槽三维模型图以及模型切面如图1、2所示；
[0030](2)根据现有资料查阅电解槽组成部件各个材料的导热系数，分别是阴极、方钢、高强保温砖、侧部碳块、耐火砖、缝糊、硅酸钙板、干式防渗料、浇注料、铝液、冰晶石、槽壳、电解质13种材料导热系数，如表1所示；
[0031](3)根据现有资料查阅材料的密度、热容、弹性模量、泊松比、热膨胀系数4种参数，如表2所示；查阅密度、热容如表3所示；表2所述参数主要用于应力分析，表中材料均涉及应力分析，表3中的参数主要用于温度场分析，部分材料不涉及应力分析；
[0032](4)根据公式和有限空间自然对流传热的试验关联式Nu＝0.061(Gr
δ
Pr)
1/3
，计算电解槽槽罩内覆盖料的对流换热系数K1；
[0033]根据公式和两个漫灰表面组成的封闭腔辐射传热公式计算电解槽槽罩内覆盖料的辐射换热换算的对流换热系数K2；
[0034]则整个电解槽内的综合对流换热系数K＝K1+K2；
[0035]以上公式中：K1、K2、K为对流换热系数，W/(m2℃)；Gr为格拉晓夫数；Pr＝0.684，普朗特数；Nu为努塞尔数；A
1、
A2为面积，m2；E
b1
、E
b2
为光谱辐射力，等于C0为黑体辐射系数，其值为5.67W/(m2·
K)；ε1、ε2为发射率；
[0036](5)根据公式和大空间自然对流传热关联式Nu＝C(GrPr)
n
，取C为0.0292，n为0.39，计算侧部槽壳、方钢侧面、方钢头的对流换算系数，结果如表4所示；
[0037](6)采用有限分析软件ANSYS Workbench对电解槽全槽三维模型进行网格划分，其全槽模型网格划分图如图3所示；
[0038](7)将步骤(2)
‑
(5)得到的参数及系数导入ANSYS Workbench软件，采用有限分析软件ANSYS Workbench通过热扩散的方式进行电解槽的稳态热场仿真分析，仿真结果图如图4所示，方钢温度分布云图与实际测量结果对比图如图5所示；从图中可知，建立的稳态温度场与实际测量结果比较，其温度差最大为76℃，最小为7.9℃，温度分布趋势与实际情况相符；
[0039](8)将稳态温度分析结果导入瞬态温度场分析模型，其导入流程图如图6所示，分析得出失电2小时后的温度云图如图7本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电解槽失电后的热应力场模拟分析方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)电解槽三维全槽模型的建立：(2)根据公式和有限空间自然对流传热的试验关联式Nu＝0.061(Gr
δ
Pr)
1/3
，计算电解槽槽罩内覆盖料的对流换热系数K1；根据公式和两个漫灰表面组成的封闭腔辐射传热公式计算电解槽槽罩内覆盖料的辐射换热换算的对流换热系数K2；则整个电解槽内的综合对流换热系数K＝K1+K2；以上公式中：K1、K2、K为对流换热系数，W/(m2℃)；Gr为格拉晓夫数；Pr＝0.684，普朗特数；Nu为努塞尔数；A
【专利技术属性】
技术研发人员：徐建新，孔凡成，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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