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CFD simulation of effect of anode configuration on gas–liquid flow and alumina transport process in an aluminum reduction cell 被引量:3
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作者 詹水清 李茂 +2 位作者 周孑民 杨建红 周益文 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第7期2482-2492,共11页
Numerical simulations of gas–liquid two-phase flow and alumina transport process in an aluminum reduction cell were conducted to investigate the effects of anode configurations on the bath flow, gas volume fraction a... Numerical simulations of gas–liquid two-phase flow and alumina transport process in an aluminum reduction cell were conducted to investigate the effects of anode configurations on the bath flow, gas volume fraction and alumina content distributions. An Euler–Euler two-fluid model was employed coupled with a species transport equation for alumina content. Three different anode configurations such as anode without a slot, anode with a longitudinal slot and anode with a transversal slot were studied in the simulation. The simulation results clearly show that the slots can reduce the bath velocity and promote the releasing of the anode gas, but can not contribute to the uniformity of the alumina content. Comparisons of the effects between the longitudinal and transversal slots indicate that the longitudinal slot is better in terms of gas–liquid flow but is disadvantageous for alumina mixing and transport process due to a decrease of anode gas under the anode bottom surface. It is demonstrated from the simulations that the mixing and transfer characteristics of alumina are controlled to great extent by the anode gas forces while the electromagnetic forces(EMFs) play the second role. 展开更多
关键词 aluminum reduction cell anode configuration gas–liquid flow alumina transport process simulation alumina content distribution
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换极对铝电解槽冲击的分析研究
2
作者 赵志彬 李云磊 +2 位作者 唐亮 林信能 刘伟 《轻金属》 2024年第1期29-34,共6页
本文针对换极对铝电解槽日常生产的冲击问题,从热平衡与磁流体稳定性两方面进行计算和分析,指出目前铝电解企业换极普遍存在的问题,并提出一些新的思路和想法。
关键词 铝电解槽 换极 热平衡 磁流体稳定性
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铝电解槽阳极电流与温度在线监测系统设计与实现
3
作者 翟柄德 邓胜祥 《轻金属》 2024年第7期14-19,共6页
针对铝电解槽运行过程中槽况监测参数单一的问题,开发了铝电解槽多参数在线监测系统,对阳极电流分布、槽壳温度、阴极钢棒温度在线监测,改变过去由于监测参数单一导致槽运行状态监测存在滞后性的不足,实现生产过程精细化控制。系统采集... 针对铝电解槽运行过程中槽况监测参数单一的问题,开发了铝电解槽多参数在线监测系统,对阳极电流分布、槽壳温度、阴极钢棒温度在线监测,改变过去由于监测参数单一导致槽运行状态监测存在滞后性的不足,实现生产过程精细化控制。系统采集数据至系统数据库,分析数据准确判断铝电解槽动态工况。通过系统试验,证明系统可以克服复杂环境带来的影响,为电解槽运行状态诊断提供有效依据。 展开更多
关键词 铝电解槽 阳极电流分布 槽壳温度 在线监测
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铝电解槽均流式阳极结构及仿真研究
4
作者 刘晴晴 敬诗涵 +2 位作者 韩锦峰 冯冰 梁学民 《轻金属》 2024年第3期17-21,55,共6页
本文针对现有铝电解槽阳极组压降较高、电流分布不均等问题,提出了一种“均流式”阳极结构:设计了一种新型阳极钢棒,并将其镶嵌于阳极炭块上的钢棒槽内,同时层状复合金属材料替代铝-钢爆炸焊块。通过SolidWorks和ANSYS软件,对400 kA铝... 本文针对现有铝电解槽阳极组压降较高、电流分布不均等问题,提出了一种“均流式”阳极结构:设计了一种新型阳极钢棒,并将其镶嵌于阳极炭块上的钢棒槽内,同时层状复合金属材料替代铝-钢爆炸焊块。通过SolidWorks和ANSYS软件,对400 kA铝电解槽进行数值模拟与仿真计算,考察此种改进方案对阳极组压降及电流分布均匀性的影响。计算结果表明,与现行结构相比阳极组电流分布均匀性明显改善,阳极组压降降低约43 mV,其中阳极炭块压降降低约36.5 mV,钢爪压降降低约12.3 mV,吨铝直流电耗降低136 kWh/t-Al,新型均流式阳极节能效果十分显著。 展开更多
关键词 铝电解槽 均流式阳极 模拟计算 节能降耗
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预焙铝电解槽阳极效应的智能预报方法 被引量:15
5
作者 李劼 丁凤其 +2 位作者 李民军 肖劲 邹忠 《中南工业大学学报》 CSCD 北大核心 2001年第1期29-32,共4页
开发了以槽电阻斜率和累积斜率为主要判据、以物料平衡估算值以及电阻针振强度为辅助判据的阳极效应智能预报方法 .该方法的步骤是 :首先获取用于阳极效应预报的信息 ,包括槽电阻采样、槽电阻低通滤波、槽电阻斜率与累积斜率计算、槽电... 开发了以槽电阻斜率和累积斜率为主要判据、以物料平衡估算值以及电阻针振强度为辅助判据的阳极效应智能预报方法 .该方法的步骤是 :首先获取用于阳极效应预报的信息 ,包括槽电阻采样、槽电阻低通滤波、槽电阻斜率与累积斜率计算、槽电阻针振强度计算以及物料平衡估算 (即估算一定时间内累计加入电解槽内的氧化铝量与该时间内理论消耗量之差 ) ;然后据此进行阳极效应预报 ,即利用当前解析周期内的电阻斜率与累积斜率推理确定当前预报阳极效应的可信度 ,依据近期槽电阻针振强度的变化趋势以及物料累计偏差的取值情况对可信度进行调整 ,依据可信度值对阳极效应预报的进程标志进行处理 .测试结果表明 ,该方法的阳极效应预报成功率达 90 %以上 . 展开更多
关键词 电解槽 阳极效应 电阻斜率 累积斜率 针振强度
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铝电解槽熔体内阳极气泡分布特性的数值模拟 被引量:10
6
作者 詹水清 周孑民 +3 位作者 李茂 董英 周益文 杨建红 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期2424-2431,共8页
采用欧拉双流体模型与群体平衡模型耦合的方法,考虑阳极气泡影响的修正k-ε湍流模型,对铝电解槽熔体内阳极气泡-电解质气液两相流进行数值模拟,研究不同电流密度下电解质流场、气泡体积分数和气泡尺寸分布等流体力学信息。研究结果表明... 采用欧拉双流体模型与群体平衡模型耦合的方法,考虑阳极气泡影响的修正k-ε湍流模型,对铝电解槽熔体内阳极气泡-电解质气液两相流进行数值模拟,研究不同电流密度下电解质流场、气泡体积分数和气泡尺寸分布等流体力学信息。研究结果表明:极间区域的电解质流动呈局部循环运动形式;电流密度相同时,距阳极底掌面越远,气泡体积分数越低、气泡平均Sauter直径越小;在同一水平高度下,气泡体积分数随着电流密度的提高而增大,气泡平均Sauter直径随电流密度的提高而减小;极间气泡层呈方形分布,中心区域气泡体积分数较高,边缘部分体积分数较低;极间气泡主要以小尺寸气泡为主,而中等尺寸和大尺寸的气泡数量比较少,气泡数量和气泡尺寸之间的关系可以近似看作双曲线分布;气泡体积分率表示的气泡尺寸分布呈3个单峰分布。本文计算得到的气泡分布特性与一系列文献试验结论一致。 展开更多
关键词 铝电解槽 阳极气泡分布 数值模拟 群体平衡模型
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铝电解槽极距在线可视化系统的开发与应用 被引量:7
7
作者 李贺松 殷小宝 +3 位作者 周萍 黄涌波 唐骞 梅炽 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期880-887,共8页
针对铝电解槽极距难以在线测量的特点,将模糊C聚类和多神经网络引入极距软测量模型中,提出一种基于模糊C聚类和多神经网络的铝电解槽实时极距软测量模型。对大量的样本进行模糊C聚类得到优化样本;利用多神经网络对这些样本进行训练得到... 针对铝电解槽极距难以在线测量的特点,将模糊C聚类和多神经网络引入极距软测量模型中,提出一种基于模糊C聚类和多神经网络的铝电解槽实时极距软测量模型。对大量的样本进行模糊C聚类得到优化样本;利用多神经网络对这些样本进行训练得到极距软测量模型;讨论极距软测量模型中辅助变量的确定及其在线获取的方法。在此基础上开发了铝电解槽实时极距在线可视化系统,并在中铝公司广西分公司320 kA系列预焙铝电解槽上进行了安装和调试,系统试运行10个月后,结果表明:造成电解槽不稳定的因素有单振源、多因素耦合和外界扰动;可通过调整单个阳极来消除单振源,提升阳极母线来消除多因素耦合,提高换极和出铝的操作质量来减少外界扰动。 展开更多
关键词 铝电解槽 软测量 极距 模型 在线
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铝电解槽内阳极气泡运动的冷态模拟 被引量:17
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作者 薛玉卿 周乃君 包生重 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期1823-1828,共6页
采用硫酸铜作电解质、石墨作阳极的电解实验模拟研究工业铝电解槽的阳极气体运动规律,以及气泡运动对电解质运动影响的规律。当阳极倾斜度小于6°时,倾角的变化对速度影响较大,阳极倾斜角的增加会加速气泡运动速度但减小气泡尺寸;... 采用硫酸铜作电解质、石墨作阳极的电解实验模拟研究工业铝电解槽的阳极气体运动规律,以及气泡运动对电解质运动影响的规律。当阳极倾斜度小于6°时,倾角的变化对速度影响较大,阳极倾斜角的增加会加速气泡运动速度但减小气泡尺寸;阳极倾斜度达到6°以上时,几乎不存在气泡合并现象,且倾角变化对气泡速度的影响变小;气泡运动对电解质的推动作用主要体现在阳极底部气泡所在的薄层内,同时在电解质的底部存在回流现象,但流速甚小,约为5 mm/s。 展开更多
关键词 铝电解 阳极气泡 电解质流动 冷态模拟
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不同槽况下160kA铝电解槽阳极电流的频谱分析 被引量:5
9
作者 李贺松 殷小宝 +3 位作者 韦隆和 黄涌波 唐骞 单峰 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期999-1005,共7页
以采集的160kA铝电解槽阳极的电流信号为基础,利用Yule-Walker方法的功率谱估计对其进行分析,提取不同槽况的频谱特征,并将分析结果与HHT(Hilbert-Huang transform)的边际谱分析结果进行对比。结果表明:基于Yule-Walker方法的功率谱估... 以采集的160kA铝电解槽阳极的电流信号为基础,利用Yule-Walker方法的功率谱估计对其进行分析,提取不同槽况的频谱特征,并将分析结果与HHT(Hilbert-Huang transform)的边际谱分析结果进行对比。结果表明:基于Yule-Walker方法的功率谱估计分析结果能较好地区分正常糟、冷槽及阴极破损槽,并得到正常糟、冷槽及阴极破损槽功率谱曲线主谱峰的频率范围分别为0.003~0.018、0.023~0.027、0.027~0.031Hz;对于不同槽况下的阳极电流信号,HHT的边际谱的主谱峰与Yule-Walker方法的功率谱曲线的主谱峰位置一致,表明功率谱估计分析结果的可靠性。 展开更多
关键词 铝电解槽 160KA铝电解槽 槽况 阳极电流 功率谱估计 Yule-Walker方法 边际谱
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铝电解槽内电解质运动的数值模拟 被引量:8
10
作者 夏小霞 王志奇 周乃君 《过程工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期235-240,共6页
通过适当的简化,建立了铝电解槽内电解质运动的物理模型和数学模型,以商业CFD软件为平台,分别对电磁力作用、阳极气体作用以及电磁力和阳极气体共同作用3种情况下的电解质运动进行了数值模拟.研究结果表明,电磁力作用时,电解质以水平... 通过适当的简化,建立了铝电解槽内电解质运动的物理模型和数学模型,以商业CFD软件为平台,分别对电磁力作用、阳极气体作用以及电磁力和阳极气体共同作用3种情况下的电解质运动进行了数值模拟.研究结果表明,电磁力作用时,电解质以水平运动为主,半槽的电解质流场基本上呈现一个大涡的结构;阳极气体作用时,电解质运动主要是以每个阳极周围的小循环为主;电磁力和阳极气体共同作用时,电解质流场与阳极气体作用时几乎完全相同,这说明阳极气体对电解质流场起主要作用. 展开更多
关键词 铝电解槽 电解质运动 电磁力 阳极气体 数值模拟
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5kA级惰性阳极铝电解槽热平衡仿真 被引量:3
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作者 李劼 王志刚 +2 位作者 张红亮 赖延清 徐宇杰 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期339-345,共7页
使用有限元软件Ansys仿真计算5kA级惰性阳极铝电解槽的槽膛内形及热平衡情况。结果表明:过热度和侧部炭块类型对槽膛内形产生显著影响,过热度增加10℃,槽帮厚度减少约50%,伸腿宽度减少约30%;侧部炭块散热性越好,槽帮厚度和伸腿宽度越大... 使用有限元软件Ansys仿真计算5kA级惰性阳极铝电解槽的槽膛内形及热平衡情况。结果表明:过热度和侧部炭块类型对槽膛内形产生显著影响,过热度增加10℃,槽帮厚度减少约50%,伸腿宽度减少约30%;侧部炭块散热性越好,槽帮厚度和伸腿宽度越大;半石墨质类型的侧部炭块能够在保证形成满足要求的槽膛内形时降低热量损失,建议采用这类侧部炭块;采取一定措施后,采用半石墨质阴极和石墨化阴极的电解槽均能实现热平衡,石墨化阴极电解槽比普通阴极电解槽所需能量约多9%,但在热平衡时阴极底部等温线分布更合理。 展开更多
关键词 铝电解 惰性阳极 电解槽 热平衡 数值模拟
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开孔阳极铝电解槽熔体中气液两相流数值模拟 被引量:5
12
作者 詹水清 周孑民 +4 位作者 李茂 董英 刘志明 周益文 杨建红 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期3612-3619,共8页
目前的电解铝生产工艺以氧化铝为原料,在直流电的作用下,熔融电解质中的氧化铝在高温环境下与碳阳极发生复杂的电化学反应,主要在阳极底掌析出二氧化碳L1J。二氧化碳气体从阳极底掌产生到逸出电解质表面的过程中,一方面会不断搅动... 目前的电解铝生产工艺以氧化铝为原料,在直流电的作用下,熔融电解质中的氧化铝在高温环境下与碳阳极发生复杂的电化学反应,主要在阳极底掌析出二氧化碳L1J。二氧化碳气体从阳极底掌产生到逸出电解质表面的过程中,一方面会不断搅动电解质熔体,阳极气泡与电解质相互发生复杂的传热传质作用,有利于氧化铝颗粒在高温熔体中均匀快速地溶解和扩散运动;另一方面, 展开更多
关键词 铝电解槽 开孔阳极 气液两相流 数值模拟
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阳极更换及铝液高度对电解槽内铝液流速场的影响 被引量:5
13
作者 戚喜全 冯乃祥 崔建忠 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期485-489,共5页
采用k-ε二方程法和SIMPLE算法对190 kA大型预焙阳极铝电解槽分别在槽况较为理想、更换阳极、炉底存在结壳、不同铝水平以及阳极长包情况下的铝液流速场进行了三维计算。结果表明: 电解槽中金属铝液主要表现为水平流动, 但在槽边部也表... 采用k-ε二方程法和SIMPLE算法对190 kA大型预焙阳极铝电解槽分别在槽况较为理想、更换阳极、炉底存在结壳、不同铝水平以及阳极长包情况下的铝液流速场进行了三维计算。结果表明: 电解槽中金属铝液主要表现为水平流动, 但在槽边部也表现出明显的垂直方向流动; 在理想槽况下, 铝液中最大水平流速为11.9 cm/s, 平均流速为3.5 cm/s; 换极、炉底结壳和阳极长包时, 在相应位置的铝液中出现显著的环行流动, 铝液流动形式发生变化; 换极时铝液最大流速(为13.1 cm/s)较理想槽况有较大增加, 但平均流速变化不大; 炉底存在较小结壳时, 铝液流速增加不大; 阳极长包时, 铝液流速则大大增加, 最大水平流速达24 cm/s, 而当铝水平适当降低, 铝液流动形式和流速未发生明显变化。 展开更多
关键词 铝电解槽 换极 结壳 长包 流速场
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铝熔盐电解过程阳极电流非接触式测试方法 被引量:3
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作者 董英 周孑民 +3 位作者 李茂 周益文 詹水清 杨建红 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2302-2308,共7页
针对铝电解槽电磁场的基本原理,提出一种阳极电流非接触式测试方法即多传感器测试方法。该方法是在每个阳极导杆附近,布置多个测试磁场的传感器,通过调节传感器的组合方式,得到测试点准确的磁场,进而反推得到各阳极导杆的电流分布... 针对铝电解槽电磁场的基本原理,提出一种阳极电流非接触式测试方法即多传感器测试方法。该方法是在每个阳极导杆附近,布置多个测试磁场的传感器,通过调节传感器的组合方式,得到测试点准确的磁场,进而反推得到各阳极导杆的电流分布。建立了铝电解槽的骨架模型,对多传感器测试方法进行验证并优化。结果表明:采用3个传感器的布置方案,阳极电流的测试误差减小,误差分布范围为0.35%~0.90%;在传感器1、2的间距为13 mm,传感器1、4的间距为5 mm的特定布置方案中,阳极电流的测试误差达到最小值,平均误差不超过±0.3%;并且该方法具有安装简单、操作方便、精度高以及可实现在线连续测量等特点。 展开更多
关键词 铝电解槽 阳极电流 非接触式测试 磁场
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基于阳极电流波动的铝电解槽槽况诊断系统 被引量:12
15
作者 李贺松 殷小宝 +2 位作者 黄涌波 丁立伟 姜昌伟 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1770-1777,共8页
引言铝电解槽在正常生产过程中处于高温状态,且其内的高温熔体具有很强的腐蚀性,一般的材料在其中会很快被腐蚀。因此铝电解槽的工作状态很难直接探测并实现在线显示,
关键词 铝电解槽 阳极电流 频谱 小波包 神经网络
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采用惰性阳极和可润湿性阴极的新型铝电解槽 被引量:4
16
作者 李劼 李相鹏 +1 位作者 赖延清 刘业翔 《轻金属》 CSCD 北大核心 2002年第8期36-41,共6页
介绍了几种采用惰性阳极和可润湿性阴极的铝电解槽 ,尤其是对近年来美国专利中给出的采用炭素阳极或惰性阳极的导流槽、采用竖式电极的单极性和双极性电解槽以及料浆电解槽进行了详细的描述 。
关键词 惰性阳极 可润湿性阴极 铝电解槽
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我国铝工业现状和与国外先进技术水平的差距 被引量:27
17
作者 冯乃祥 田福泉 +1 位作者 徐英林 孙阳 《轻金属》 CSCD 北大核心 2000年第7期29-33,共5页
从电流效率、阳极质量、槽寿命、电流强度和环式炉技术等几个方面浅析了我国铝工业的现状及与国外先进技术水平的差距 ,指出了加快我国铝工业科技进步的努力方向。
关键词 电流效率 槽寿命 电流强度 环式炉 铝工业
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低能耗下铝电解槽阳极结构的优化 被引量:15
18
作者 李贺松 曹曦 田应甫 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2960-2969,共10页
为了进一步降低铝电解工业能耗,以仿真软件ANSYS及ANSYS-FLUENT为平台,应用阳极穿孔方式对铝电解用阳极进行结构优化,并进行工业试验,以研究其工业应用并验证仿真结果。计算结果表明:新型阳极下气泡层厚度为1.28 cm,比普通阳极气泡层厚... 为了进一步降低铝电解工业能耗,以仿真软件ANSYS及ANSYS-FLUENT为平台,应用阳极穿孔方式对铝电解用阳极进行结构优化,并进行工业试验,以研究其工业应用并验证仿真结果。计算结果表明:新型阳极下气泡层厚度为1.28 cm,比普通阳极气泡层厚度减少0.72 cm,对应极距电压差约240 mV;阳极表面温度最低为704.3℃,阳极电压降为379 mV,电场分布与普通阳极保持一致;阳极碳块热应力最大值为17.4 MPa,远低于碳块的许用应力。新型阳极在3台槽上进行试验,长期运行的平均槽电压比传统电解槽的降低了229 mV,穿孔阳极结构电解槽电流效率从91.15%提高到91.85%,生产每吨铝直流电耗降低了683 kW.h。仿真结果与实验结果相符,说明此结构阳极能够快速排出气泡进而减小极距。 展开更多
关键词 铝电解槽 低能耗 穿孔阳极结构 气泡层厚度 多物理场耦合 数值模拟 工业试验
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不同进电方式对铝电解槽阳极电流非接触式测量的影响 被引量:2
19
作者 董英 周孑民 +2 位作者 李茂 周益文 杨建红 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期3701-3707,共7页
针对目前铝电解槽阳极电流在线测试方法的不足,基于铝电解槽电磁场的理论,借鉴国外学者通过测试导杆附近的磁场来得到阳极电流的思想,提出了一种阳极电流非接触式测试方法,并着重针对铝电解槽不同的进电方式分析了阳极电流的测量误差,... 针对目前铝电解槽阳极电流在线测试方法的不足,基于铝电解槽电磁场的理论,借鉴国外学者通过测试导杆附近的磁场来得到阳极电流的思想,提出了一种阳极电流非接触式测试方法,并着重针对铝电解槽不同的进电方式分析了阳极电流的测量误差,并对误差进行了修正,对测试方案进行了优化,旨在实现阳极电流的实时监测和在线控制。研究结果表明,300kA大面五点进电槽的阳极电流测量误差可以控制在±0.25%之内,而400kA大面六点进电槽、200kA大面四点进电槽的阳极电流测量误差分别达到了±0.8%和±3%;可见不同进电方式对阳极电流的测量误差有较为明显的影响,但最大误差均不超过3%。因此,对于不同进电方式及结构的铝电解槽阳极电流的在线监测,该非接触式测试方法均具有较好的适用性。 展开更多
关键词 铝电解槽 非接触式测量 阳极电流 多传感器测试方法 磁场
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开槽阳极对铝电解气液两相流及气泡分布特性影响的数值模拟 被引量:3
20
作者 詹水清 杨建红 +2 位作者 王贞涛 郑俊 王军锋 《有色金属(冶炼部分)》 CAS 北大核心 2017年第10期42-47,56,共7页
基于计算流体动力学原理,建立了全尺度三阳极铝电解槽内气液两相流三维CFD-PBM耦合计算模型,采用Grace曳力系数模型和Simonin湍流扩散力模型分别计算气液相间曳力和湍流扩散力,研究和讨论了开槽阳极对阳极底掌区域内气液两相流体流动及... 基于计算流体动力学原理,建立了全尺度三阳极铝电解槽内气液两相流三维CFD-PBM耦合计算模型,采用Grace曳力系数模型和Simonin湍流扩散力模型分别计算气液相间曳力和湍流扩散力,研究和讨论了开槽阳极对阳极底掌区域内气液两相流体流动及气泡分布特性的影响。结果表明,电解质流场预测结果与文献测试结果吻合良好;对阳极进行开槽可明显加快气泡的逸出方式,从而改变电解质流场和气体体积分数分布;长度方向开槽可明显降低气体体积分数和减小气泡索特平均直径。 展开更多
关键词 铝电解槽 开槽阳极 气液两相流 气泡分布特性 数值模拟
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