铝电解槽多物理场耦合分析：电热场耦合计算的深入探索

铝电解槽是冰晶石—氧化铝熔盐电解法的核心设备，也是铝电解工业发展的最重要的标志。

一百多年来，铝电解槽结构不断改进优化，尤其是阳极结构部分，由最初的小型预焙电解槽、侧插自焙阳极电解槽、上插自焙阳极电解槽，发展到大型不连续、连续预焙阳极电解槽，到今天使用的中间下料大型预焙阳极电解槽。铝电解槽设计制造的容量也从160 kA、200 kA、280 kA逐步提高到320 kA、350 kA、420 kA、500 kA等大型预焙电解槽，现已成为铝电解工业的主流，占世界产能的40%，并不断地朝着大型化、现代化方向发展。

虽然我国铝产量处于世界第一位，但是我国铝工业存在着许多问题。总体上产能过剩，行业内竞争激烈；国内氧化铝、电力供应价格不断上涨，原铝的生产成本也相应增加；铝土矿资源短缺；环境污染严重等制约着铝产业的进一步发展^[7]。

开发新技术，使铝电解槽更加节能，降低铝电解成本是铝工业的发展趋势。然而，铝电解过程是一个电场、磁场、热场、力场、流场以及浓度场复杂多物理场共同作用的过程，分析各场的作用机理，才能准确的描述铝电解槽运行规律。开展多物理场仿真研究，逐步掌握铝电解槽的运行规律，实现高效率、低能耗的铝电解槽生产是铝电解技术发展的趋势。

电热场耦合计算

1 模型说明

电热场计算模型主要包括：立柱母线、大母线、阳极导杆、爆炸焊、阳极钢爪、磷生铁、阳极炭块、电解质、铝液、炉帮、阴极炭块、钢棒、扎糊、槽壳、摇篮架以及侧部和底部的保温材料。

槽帮模型的建立是通过建立槽帮横截面形状再拉伸而成。通过不断调整横截面形状，可以调整槽帮模型，最终使槽帮表面节点温度达到电解质结晶点。

拉伸而成的槽帮模型和角部炭块模型有一部分是重叠的，需要进行布尔操作，而Solidworks里面没有相减的布尔操作，所以布尔操作在导入workbench后进行。

阳极高度根据换极表确定。