delta3D电解铝生产过程三维仿真技术(2)

菜单

结论 29

致谢 30

参考文献 31

1 绪论

1.1 课题背景

电解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝工艺生产一般采用的是冰晶石-氧化铝融盐电解法。溶剂和溶质分别是冰晶石和氧化铝，阳极和阴极分别是碳素体和铝液，在强大的直流电和950℃-970℃下，电解槽两极发生电解反应。

三维仿真（又名虚拟仿真，虚拟现实）是指利用计算机技术模拟现实世界生成一个虚拟的环境，用户可以使用各种传感设备与此环境中的实体相互作用的一种技术。现如今，随着电解铝生产工业系统向着大型化、系统化发展，出于对其安全性、经济性的考虑，仿真技术越来越多地应用于此。在对大型复杂工程系统建设和分析过程中，仿真技术发挥着非常重要的作用。通过仿真系统可以优化运行过程，可以培训操作人员。论文网

1.2 仿真技术简介

仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验[1]。例如，汽车或飞机的驾驶训练模拟器，就是应用仿真技术的成果。信息处理技术和网络技术的发展，实际上已经完全改变为仿真的概念。将先进的仿真技术与网络技术相结合，由真实装备和计算机仿真系统综合仿真系统组成仿真环境，用计算机网络把新武器系统和分散在不同地点的研制者、用户联系在一起，让用户在仿真环境中提前“使用”正在研制的武器，让研制者能提前了解武器的作战使用，双方共同研究，及时发现和解决问题。这样不仅加快了武器系统的研制进度，也缩短了新武器形成战斗力的时间。在部队训练方面，仿真技术同样大有用武之地。美国陆军到 80年代末，训练士兵还是采用野战训练和模拟训练两种方法。野战训练的主要问题是燃料、弹药消耗大，场地、都有困难，组织大规模演习费时又费力；模拟训练，所用的模拟器可能比它所模拟的真实装备还要贵。为了解决部队训练问题，美国国防部高级研究计划局1983年开始实施模拟器联网计划，把分散在各地的训练器用计算机联成网络，形成分布式交互仿真，实现异地联通与互操作。仿真技术是一项国防关键技术，对提高武器系统的研制效率、改善部队训练和提高战斗力将发挥越来越大的作用，已成为发达国家实现质量建军的一种重要手段。

1.3 仿真技术国内外发展现状

以美国为代表的发达国家高度重视仿真技术的发展和应用。10多年来美国国防部一直将仿真和建模技术列为国防关键技术。1997年度的“美国国防技术领域计划”，将建模与仿真列为提高军事能力的四大支柱(战备、现代化、部队结构、支持能力)的重要技术。

在电解铝工业生产方面，早在1971年，用于槽膛内型计算的一维纯导热模型就被W.E.Haupin[2]率先提出。该模型对电解槽内槽帮最薄处的厚度和各区的散热损失进行了粗略的估算。随着计算机和仿真技术的发展以及研究模型先进性的提高，槽膛内形和电、热场解析越来越精确，铝电解槽的研究也逐渐向二维和三维模型上发展。现如今，在电解铝槽设计研究问题中，众多研究者如Urata[3-4]和Segatz等[5]基于力图减小垂直磁场的绝对值，避免水平电流和力争垂直磁场的对称性或降低其水平方向梯度，使设计的铝液表面限制在阳极投影面之内，展开看磁场或磁流体动力学研究。Pechiney，VAW和Hydro3家公司就成功的开发了多种级别铝电解槽[6]。