(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210610862.0 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650093 云南省昆明市五华区学府路 253号 (72)发明人 徐建新　孔凡成　 (74)专利代理 机构 昆明人从众知识产权代理有 限公司 5 3204 专利代理师 周宇 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种电解槽失电后 的热应力场模拟分析方 法 (57)摘要 本发明公开一种电解槽失电后的热应力场 模拟分析方法， 建立铝电解槽全槽三维模型， 采 用有限空间自然对流传热的试验关联式、 两个漫 灰表面组成的封闭腔辐射传热公式计算槽罩内 对流换热系数， 采用大空间自然对流传热关联式 计算侧部槽壳的对流换算系数， 采用有限分析软 件ANSYS Workbench通过热扩散的方式进行电解 槽的稳态热场仿真分析， 同时采用分析出的稳态 热场做瞬态热场分析及热应力场分析； 本发明方 法可分析得到电解槽稳态时的温度场分布情况， 建立的稳态温度场与实际测量结果比较， 其温度 差最大为76℃， 最小为7.9℃， 温度分布趋势与实 际情况相符。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114896848 A 2022.08.12 CN 114896848 A 1.一种电解槽失电后的热应力场模拟分析 方法， 其特 征在于， 具体步骤如下： (1)电解槽三维全槽模型的建立： (2)根据公式 和有限空间自然对流传热的试验关联式Nu＝0.061(GrδPr)1/3， 计算电解槽 槽罩内覆盖料的对流换 热系数K1； 根据公式 和两个漫灰表面组成的封闭腔辐射传热公式 计算电解槽 槽罩内覆盖料的辐射换 热换算的对流换 热系数K2； 则整个电解槽内的综合对流换 热系数K＝K1+K2； 以上公式中： K1、 K2、 K为对流换热系数， W/(m2℃)； Gr为格拉 晓夫数； Pr＝0.684， 普朗特 数； Nu为努塞尔数； A1、A2为面积， m2； Eb1、 Eb2为光谱辐射力， 等于 C0为黑体辐射系 数， 其值为5.67W/(m2·K)； ε1、 ε2为发射率； (3)根据公式 和大空间自然对流传热关联式Nu＝C(GrPr)n， 取C为0.0292， n 为0.39， 计算侧部 槽壳、 方钢侧面、 方钢头的对流换算系数； (4)采用有限元分析软件ANSYS  Workbench， 通过热扩散的方式进行电解槽的稳态热场 仿真分析， 同时采用分析 出的稳态热场做瞬态热场分析及热应力场分析。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114896848 A 2一种电解槽失电后的热应力场模拟分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种电解槽失电后的热应力场模拟分析方法， 属于电解槽分析方法领 域。 背景技术 [0002]电解槽直流失电， 对铝解的正常生产和电解槽 的结构都会产生不 同程度的影响。 停电时间越长， 影响就越大， 铝电解生产的过程需要保持能量和物料收支平衡， 停电破坏了 电解槽的能量收支平衡， 重新通电后， 电解槽需要重新建立新的能量收支平衡， 这个过程需 要耗费的电能和物料与停电时间正比例关系。 停电时间过长， 电解质因冷却收缩密度增大 而下沉到槽底， 一定程度的下沉可以经过效应融化底部电解质的方式， 使得电解质完全熔 化重新浮到铝液上面后， 使磁场恢复正常。 极端的停电时间， 最 终导致电解槽中电解质由液 态向固态转变， 大量的电解质下沉到阴极表面， 最终导致电解槽濒临死亡。 电解槽失电后的 介质温度及应力场变化情况对应急处置及平时的应急管理具有重要的指导 意义。 发明内容 [0003]本发明采用ansys有限元仿真软件的相应方法对失电后的电解槽进行热应力场分 析， 包括稳态热场、 瞬态热场分析及热应力场分析， 对实际生产进行指导。 [0004]本发明的技 术方案如下： [0005]一种电解槽失电后的热应力场模拟分析 方法， 具体步骤如下： [0006](1)电解槽全槽三维模型的建立： 根据实际电解槽的形貌以及材质， 建立电解槽全 槽三维模型； [0007](2)根据公式 和有限空间自然对流传热的试验关联式Nu＝0.061(Grδ Pr)1/3， 计算电解槽 槽罩内覆盖料的对流换 热系数K1； [0008]根据公式 和两个漫灰表面组成的封闭腔辐射传热公式 计算电解槽 槽罩内覆盖料的辐射换 热换算的对流换 热系数K2； [0009]则整个电解槽内的综合对流换 热系数K＝K1+K2； [0010]以上公式中： K1、 K2、 K为对流换热系数， W/(m2℃)； Gr为格拉晓夫数； Pr＝0.684， 普 朗特数； Nu为努塞尔数； A1、 A2为面积， m2； Eb1、 Eb2为光谱辐射力， 等于 C0为黑体辐射 系数， 其值为5.67W/(m2·K)； ε1、 ε2为发射率； [0011](3)根据公式 和大空间自然对流传热关联式Nu＝C(GrPe)n， 取C为说　明　书 1/5 页 3 CN 114896848 A 3