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外文翻译--数值模拟与影响铝电解槽磁热耦合问题 中文版.doc

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外文翻译--数值模拟与影响铝电解槽磁热耦合问题 中文版.doc

铝电解槽热磁耦合问题数值模拟Y.Safa*,M.Flueck,J.Rappaz洛桑联邦理工学院,分析与科学计算研究所,瑞士洛桑1015第8站2006年12月27日初稿;2008年2月4日修订;2008年2月8日被收录;2008年2月29日可网上搜索摘要本文运用一系列偏微分方程对铝电解槽的热磁耦合行为进行了数值模拟。热模型被认为是一个由焦耳效应引起的非线性对流扩散热方程组成的两阶段史蒂芬问题。该磁流体动力领域的主导是纳维-斯托克斯方程和静态麦克斯韦方程组。伪进化组合(切尔诺夫)用于获取电解槽仿真壁架的温度和凝固层剖面的稳态解。利用有限元方法的数值算法来获取流体速度,电势,磁感应和温度。同时也利用了迭代算法和三维数值模拟结果。2008年爱思唯尔公司保留所有权利。关键词:铝电解;切尔诺夫组合;热方程;磁流体力学;壁架;凝固1.绪论本文研究了由电解槽热磁耦合作用模型引起的相位变化问题。在一个利用霍尔-埃鲁特过程的冶炼池中,金属部分是由三氧化二铝电解融化在熔融冰晶石材质的槽中制造而成的[1]。该电解槽中产生了多种现象,图1为一个横截面示意图。电解槽中稳定的电流通过铝液在阳极和阴极棒之间产生。送到槽中的电流产生重要的磁场,该磁场连同电解槽中流通的电流共同产生一个维持这两种导电液体耦合运动的拉氏力量作用域。电解槽中会产生磁流体动力学相互作用。另一方面,由槽体中的电阻率引起焦耳效应,热源也随之产生。冰冻层冰冻层电解液阳极块铝液阴极层图1.铝电解槽横截面所谓的壁架在固态槽壁层上建立。这些壁架能够避免电解槽侧壁腐蚀性点解,并降低电解槽热损耗(见[2]第23页)。此外,它的轮廓严重影响磁流体动力稳定性,引起铝液和槽体接触面振荡,降低电流效率。因此最佳的层剖面是电解槽侧壁设计的目标之一。冶炼槽内的热凝固问题已经被几个专家解决[3-5]。据我们所知,在热磁耦合上,该问题一直没有被重视。本文的目的是解决类似的耦合问题。我们期待,关于该问题的详细资料记入在萨法论文集[6]。数学上,该问题解决了偏微分方程组、麦克斯韦方程组和纳维-斯托克斯方程组的耦合系统,其中,偏微分方程组包含由焦耳效应引起的热方程,麦克斯韦方程组以导电率作为温度的函数。铝液和和槽体之间的接触面是未知的。壁架被认为是电绝缘体,热模型是静止的两阶段史蒂芬问题。本文大纲如下:第2节介绍物理模型,第3节给出算法,第4节得出数值计算结果。

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