铝电解槽槽帮结壳形状的计算机模拟

建立了计算铝电解槽槽帮结壳形状的物理模型和数学模型。通过将铝电解槽传热的二维问题转化为一维问题,对工业铝电解槽进行了模拟计算,研究了设计规整的铝电解槽槽帮结壳形状的基本方案。研究结果表明:影响铝电解槽槽帮结壳形状的主要因素是电解质温度和槽内衬热阻。因此,严格控制铝电解槽中电解质温度和减少槽内衬的热阻,对于获得良好的铝电解槽槽帮结壳至关重要。     

导流式铝电解槽电-热平衡计算建模与应用

采用经验公式与数值计算相结合的方法建立导流槽电平衡及能量平衡计算模型,针对1台114.5 kA系列槽进行计算,得到槽体电-热场的分布和槽膛内形的相关信息.研究结果表明:在设定的工艺条件下,导流槽的槽极距可降至2.75 cm,体系电压可降至3.312 V,铝电解能量利用率提高到53.63％,体现了导流槽的极大节能潜力.在计算工况下,导流槽也能获得形状规整的槽帮,稳态时槽帮厚度可达12 cm左右.该计算模型和计算结果可为导流槽的设计提供参考.     

铝电解槽三维热应力场非线性有限元分析

基于通用有限元软件ANSYS建立了某大型铝电解槽结构的三维实体模型和热应力场耦合分析的有限元模型. 考虑材料非线性和接触非线性的基础上对电解槽结构强度进行了仿真计算,给出了槽壳和摇篮架的应力、应变云图,分析了电解槽结构的变形规律,并提出了结构优化的途径. 以槽壳近似弹性体为目标,对不同组合载荷工况进行了反算,得出与实际更接近的荷载条件.     

铝电解槽三维电热场的ANSYS分析

利用有限元分析软件ANSYS，探讨了铝电解槽三维电热场数学模型，边界条件以及有限元分析的几何模型。针对贵阳铝镁设计研究院的230kA电解槽，进行了比较复杂的边界条件计算，建立了较为完善的数学模型和几何模型。在此基础上对其温度场和电场进行了三维耦合计算。为铝电解槽的优化设计提供了准确，快速且经济的研究手段。     

320kA预焙铝电解槽电磁场分布计算与优化

利用ANSYS电磁场有限元法,建立了320 kA预焙铝电解槽三维电磁场有限元模型,计算了铝电解槽内的电场分布及磁场分布,计算结果与实测结果相吻合,验证了该模型的正确性.在此基础上提出了一种新型电解槽结构,并应用参数化设计语言(APDL)建立该结构的电磁场计算模型,以磁场为目标对该结构进行了整体优化.最终优化后电磁场分布表明:该结构铝电解槽能减小铝液层水平电流,磁场分布对称性好,有利于改善槽内铝液的流动状态,具备较大的节能潜力.     

浅谈420KA铝电解槽炉帮的形成与控制

铝电解槽炉帮的形成和形成后的稳定性,与该电解槽的分子比及其他技术条件的匹配密切相关,分子比是炉帮形成或形成后炉帮不稳定的一个重要因素,而NB间隔(加料间隔)、槽电压等技术参数,则通过电解槽中的氧化铝浓度和电解槽热收支等途径也对炉帮造成影响。为保证炉帮规整形成和炉帮形成后保持稳定,则需要通过分子比、槽电压、加工间隔等各项技术参数的匹配以及操作方面的相互配合来完成。     

阳极涂层下铝电解槽温度场分布与工业实验研究

利用水流量平板法测定阳极涂层分别在820,870,920和1 020℃时的高温热导率,使用X线衍射仪分析经高温烧结后阳极涂层的物相组成;基于ANSYS计算平台,以电流为400 kA的铝电解槽为计算模型进行研究,建立应用阳极涂层的铝电解槽电-热场耦合计算模型,准确追踪炉帮位置并分析涂层对铝电解槽温度场分布的影响。研究结果表明:涂层在820～1 020℃时的热导率为0.2～0.4 W/(m·K),随温度升高而增大;应用阳极涂层的铝电解槽电-热场耦合计算模型后,熔体区槽壳平均温度下降11.3℃,主要原因是涂层使流经阳极侧部电解质中电流路发生改变,次要原因是炭渣量减少和电解质电阻率降低;阳极涂层的应用可以降低阳极毛耗,延长阳极使用寿命1 d;侧部温度槽壳的平均温度仿真结果与某铝厂实验结果基本一致。     

铝电解槽电热场计算精度与网格密度的关系

以某300 kA铝电解槽为实验对象,利用有限元商业软件ANSYS12.0建立其1/4槽电热模型,研究电热场计算精度与网格密度的关系.首先,通过在同一模型但不同网格划分策略下的计算结果和计算时间的实验比较,初步确定整体网格划分方案,再在模型局部区域进行网格疏密的探索研究.研究结果表明:对于铝电解槽电热场仿真精度而言,电流密度越大的区域受网格密度影响越大,应采用较细的网格;而电势梯度和温度梯度并非网格密度的决定性因素;最终确定所用算例模型的网格划分方案为:x和y方向单元尺寸均为30mm,z方向阳极钢爪与阳极炭块接触部分取40 mm,z方向其余部分取70 mm,此时,计算精度高且计算效率最高.     

160 kA预焙铝电解槽在低分子比和低温条件下的三维电热场

利用有限元分析软件ANSYS建立了160 kA铝电解槽1/4整槽的三维实体模型和有限元模型.在假定的合适边界条件下,对比分析了电解槽在转变为低分子比、低温条件下前、后的三维电热场分布情况.仿真结果表明:当电解槽转变为低分子比、低温条件后,伸腿增长,结壳增厚,槽底更冷;电解质初晶等温线在底部耐火砖中的位置由中部上移,靠近阴极炭块底部,在端部阴极炭块内水平方向等温线倾斜较大;当降低电解质分子比和电解温度时,增强端部2个炭块高度方向上导热性能,并进行相应的电解工艺和电解槽结构的改进,才有利于提高电流效率.     

电解槽内异型凸台对电解质/铝液界面波动的影响

针对铝电解槽内电解质/铝液界面的波动现象,基于计算流体动力学(CFD)的方法建立了铝电解槽内电解质/铝液两相流体流动的数学模型.使用Fluent软件的流体体积自由面跟踪法和自定义函数,研究了阴极凸台对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,异型凸台的加入使得两相界面的波动幅度降低了17.2%,但凸台的存在同时也使得熔体对侧部槽帮冲刷增强.     

引入三维接触单元模拟冻土与桩共同工作

运用虚位移原理推导出三维非线性接触单元的等效单元刚度一约束矩阵;通过建立冻土地基的热弹塑性-蠕变增量应力应变关系及几何方程得出冻土地基的热弹塑性-蠕变单元平衡方程。根据桩土共同作用的工作特性,通过引入非线性接触单元将冻土地基的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模式与混凝土桩联系起来,建立了冻土区桩土共同作用的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模型,通过模型计算结果与实测比较表明,该计算模型能较好地体现桩冻土共同工作性能。     

玻化微珠保温砂浆导热系数模型研究

基于最小热阻力法则和均匀化方法估算了玻化微珠保温砂浆的等效导热系数.用ANSYS模拟玻化微珠保温砂浆二维单元胞体的热传导,发现对热阻网络的横向热阻的极端考虑会给计算结果带来误差.用ANSYS计算的三维单元体模型的等效导热系数值与3种理论计算值进行比较,发现用假设横向热阻无穷小与假设横向热阻无穷大求得的单元体等效热阻的平均值作为单元体的等效热阻来求单元体等效导热系数更精确,最后实验也验证了这一结论.实验值与本文提出的理论模型计算值偏差仅为0.2%,证明用该方法来估算玻化微珠保温砂浆的导热系数是可行的.     

人工冻土温度场模型试验及冻土导热系数反分析

掌握人工冻土温度场的相关物理力学性质对冻结法施工意义重大,导热系数是计算人工冻土温度场的关键参数。采用人工冻土冻结试验平台进行人工冻土温度场试验,在模型土体的不同深度、不同平面位置布置热电耦测量温度的实时发展规律。通过数值法模拟人工冻土冻结温度场模型试验,对比分析不同点温度监测值和模拟值的关系,再以反分析方法为基础,利用最小二乘法准则将数值计算得到的测温点计算温度与实测温度进行对比分析,然后在准则函数计算范围内,用数值逼近原理,得到最优导热系数。最后,将最优导热系数的模拟温度和实测温度进行对比,验证得到的等效导热系数具有准确性。     

寒区冻土层含冰孔隙结构导热模型构建及应用分析

冻土主要由固、液和气三相物质构成,其中固体可以看成骨架,另外两相物质填充在孔隙中,是典型的多孔介质。寒区冻土层融沉过程中,其中的孔隙结构、矿物颗粒和含冰量等参数变化幅度较大,导热系数等热物性参数随之变化,目前在精细表征和分析研究方面存在一定不足。针对含冰冻土,采用多孔介质描述方法,考虑其相态变化特性,将其分为未冻区、融化区、固结区及已冻区;基于表征单元体(representative elementary volume, REV)方法,结合冻土物理学和传热传质学理论,构建了冻土层导热分析模型,包括微观模型和宏观分析模型;以寒区土壤冻融过程为例进行模拟计算,分析了孔隙率、含水率、含冰率以及通道构成系数等对冻土导热系数的影响规律。所建模型可为寒区冻土传热机理分析及导热特性研究提供理论基础。     

建立变系数部分线性固定效应模型分析PM2.5与其他空气污染物的相关关系

以陕西省西安市13个空气观测地点的污染物观测资料为依据，运用统计学分析方法，建立了研究大气污染物PM2.5的浓度与包括当天和前一天SO2、NO2、PM10、CO、O3在内的11个观测指标在空气中浓度相关关系的模型。首先通过做散点图和计算相关系数来确定PM2.5和所选解释变量间相关关系，继而根据结果建立变系数部分线性固定效应模型，同时估计模型中各参数，并对模型中线性部分做变量选择，从而近一步优化所建立的模型。最后，将改进后模型的计算结果与实际情形对比分析，证实本文所得结论与实际情形相符合，表明所建模型良好。     

适配器与收缩段对同心筒发射流场的影响

针对引射式同心筒自力发射系统（CCL）发射过程热力学环境评估,基于3维雷诺平均守恒Navier-Stokes方程、组分运输模型及域动分层动网格技术,建立同心筒自力发射数值模型.通过1:1模拟样机发射试验验证数值仿真模型的有效性.对不同结构同心筒开展3维非定常燃气流场数值仿真计算,分析适配器（侧向减震支撑系统）与内筒尾部收缩段对流场热环境特性的影响.数值结果及试验结果揭示了燃气流对导流锥、内外筒以及导弹等结构的热力冲击效应和变化规律,表明适配器和内筒收缩段对发射流场环境有较大的影响.      

Visualization of the complex structure and stress field inside rock by means of 3D printing technology

Accurate characterization and visualization of the complex inner structure and stress distribution of rocks are of vital significance to solve a variety of underground engineering problems. In this paper, we incorporate several advanced technologies, such as CT scan, three-dimensional（3D） reconstruction, and 3D printing, to produce a physical model representing the natural coal rock that inherently contains complex fractures or joints. We employ 3D frozen stress and photoelastic technologies to characterize and visualize the stress distribution within the fractured rock under uniaxial compression. The 3D printed model presents the fracture structures identical to those of the natural prototype. The mechanical properties of the printed model,including uniaxial compression strength, elastic modulus,and Poisson’s ratio, are testified to be similar to those of the prototype coal rock. The frozen stress and photoelastic tests show that the location of stress concentration and the stress gradient around the discontinuous fractures are in good agreement with the numerical predictions of the real coalsample. The proposed method appears to be capable of visually quantifying the influences of discontinuous,irregular fractures on the strength, deformation, and stress concentration of coal rock. The method of incorporating3 D printing and frozen stress technologies shows a promising way to quantify and visualize the complex fracture structures and their influences on 3D stress distribution of underground rocks, which can also be used to verify numerical simulations.     

弯道局部非淹没刚性植被水流特性研究

摘要对180°弯道局部长有非淹没刚性植被的水流特性进行了研究．用钢筋来模拟天然河道的刚性植被,采用三维多普勒超声流速仪（ADV）分别对无植被和局部有非淹没刚性植被2种情况下的弯道水流流速场进行了测量,得到了水流沿程各断面的三维流速和紊动能分布,对2种情形的试验资料进行了比较．结果表明：植被的存在使得弯道流速重新分布,水流内部结构发生明显改变．基于等效阻力系数法,采用水深平均模型对局部非淹没刚性植被水流进行了二维数值模拟,计算结果与试验数据基本一致,表明该数值格式能预测弯道植被水流的特性．     

3D点云BSP并行计算模型及算法设计

根据3D点云数据处理计算特点,按照BSP模型的技术思想,建立了3D点云BSP并行计算模型。讨论了HAMA框架下的3D点云BSP并行计算模型的实现方法,构建了一个由普通PC组成的HAMA计算集群。以3D点模型构建计算为例,给出了一种3D点云数据处理BSP算法设计方法。实例的计算结果表明:BSP并行计算方法能高效地完成3D点模型构建计算,与其它计算方法相比,计算效率有所提高。     

变压器绕组热点温度热电类比计算模型仿真分析

变压器绕组的热点温度是决定变压器过载能力和油纸绝缘老化率的关键因素。在传统热理论基础上,考虑了温度对油粘度的影响,结合热电类比方法和IEEE推荐的热点温升模型提出一种预测变压器绕组热点温度的仿真模型。采用Runge-Kutta方法求解变压器实时的顶层油温和变压器绕组的热点温度,并与100kVA/5kV(ONAN)试验变压器的实测温度数据进行对比,仿真结果与实测数据有较好的一致性。