Перевод названия: APPLYING PARAMETRIC MODELING TO DEVELOP AN ENERGY EFFICIENT DESIGN OF THE ALUMINUM REDUCTION CELL ANODE ASSEMBLY
Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2017
Идентификатор DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-186-200
Ключевые слова: электролизер, анодный узел, ниппели, параметрическая трехмерная конечно-элементная модель, SolidWorks, COMSOL Multiphysics, Aluminium reduction cell, anode assembly, steel stubs, parametric three-dimensional finite element model
Аннотация: ЦЕЛЬ. Процесс получения алюминия очень энергоемкий, поэтому снижение потребления электроэнергии является одной из ключевых задач при конструировании алюминиевого электролизера. Одним из путей сбережения электрической энергии может быть уменьшение величины падения напряжения за счет изменения конструкции анода и стального паука. ЦелПоказать полностьюь данного исследования - разработка альтернативной трехмерной термоэлектрической конечно-элементной модели анодного узла с применением современных методов оптимизации и обоснование ее энергоэффективности путем измерения температур и разности электрических потенциалов. МЕТОДЫ. Термоэлектрические расчеты проводились методом конечных элементов. Разработанная конечно-элементная модель предназначена для оценки распределения температур и электрического потенциала, а также для выявления оптимальных конструктивных изменений анодного узла с целью уменьшения общего анодного напряжения. РЕЗУЛЬТАТЫ. Изучено влияние диаметра стальных ниппелей и изменение конструкции стального паука на тепловую и электрическую работу анодного узла. ВЫВОДЫ. На основе полученных результатов предложено использование более энергоэффективной конструкции стального паука по сравнению с общеизвестной - конструкции в сплошном исполнении. PURPOSE. The process of aluminium production is very energy-intensive, therefore, the reduction of electric energy consumption is a key objective in the design of an aluminum reduction cell. One of the ways of saving electrical energy may be to decrease the voltage drop due to the changed design of the anode and steel yoke. The purpose of this study is to develop an alternative three-dimensional thermoelectric finite element model of the anode assembly using modern optimization methods and substantiate its energy-efficiency through measuring temperatures and difference of electric potentials. METHODS. The finite element method is used to perform thermoelectric calculations. The developed finite element model is used for the evaluation of temperature and electric potential distribution as well as for the identification of optimal design changes of the anode assembly in order to reduce the total anode voltage. RESULTS. The effects of steel stub diameter and changes in steel yoke design on thermal and electrical operation of the anode assembly have been studied. CONCLUSIONS. On the basis of the obtained results it is proposed to use a more energy-efficient design of the steel yoke as compared with the well-known solid construction.
Журнал: Вестник Иркутского государственного технического университета
Выпуск журнала: Т. 21, № 1
Номера страниц: 186-200
ISSN журнала: 18143520
Место издания: Иркутск
Издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет"