[发明专利]一种考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法

权利要求书

1.一种考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，包括以下步骤：

步骤1、建立铝电解槽电流流经部分的实体模型，并进行网格划分：

对铝电解槽电流流经部分实体模型进行建模，根据铝电解槽设计方案设定阳极炭块、阳极钢爪、阳极导杆和阴极炭块、阴极钢棒的数目和尺寸，以及阳极炭块和阴极炭块之间的电解质层和铝液层的尺寸；绘制铝电解槽电流流经部分的三维实体模型，赋予各实体对应材料的物理属性，划分有限元网格；

步骤2、加载电场仿真边界条件：

根据工艺参数设定流经阳极导杆的电流值I，并均匀加载至阳极导杆末端截面上；设定阴极钢棒与阴极母线连接的末端截面处的电势为零；

步骤3、采用迭代法进行瞬态电场求解，获得电场仿真分析结果：

根据边界条件和有限元网格尺寸设定瞬态电场迭代求解时间步长ΔT，并根据仿真分析任务设定求解步数目N；瞬态电场每一迭代求解时间步中将部分阳极炭块有限元网格的材料属性变更为电解质，然后转入下一迭代求解时间步直至求解时间步累计达到设定的求解步数目N。

2.根据权利要求1所述的考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，其特征在于，所述步骤1具体包含以下步骤：

步骤1.1：根据铝电解槽设计方案确设定阳极炭块、阳极钢爪、阳极导杆和阴极炭块、阴极钢棒的数目和尺寸，以及阳极炭块和阴极炭块之间的电解质层和铝液层的尺寸；

步骤1.2：绘制铝电解槽电流流经部分的三维实体整体模型；

步骤1.3：采用布尔切割运算，根据材料种类的不同对三维实体整体模型进行多次布尔切割操作，得到由多个实体组成的三维装配体且每个实体只属于一种材料；

步骤1.4：赋予各实体对应材料的电导率；

步骤1.5：对铝电解槽电流流经部分的三维装配实体划分有限元网格。

3.根据权利要求2所述的考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，其特征在于，所述步骤1.3中对实体进行布尔切割操作，切割后相接触的两个实体共享其交界面。

4.根据权利要求2所述的考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，其特征在于，所述步骤1.5中对三维装配实体划分有限元网格，划分网格后相接触的两个实体在交界面处共享网格节点。

5.根据权利要求2所述的考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，其特征在于，所述步骤1.5中对三维装配实体划分有限元网格，通过控制网格划分尺寸和单元形状，使组成阳极炭块的所有网格单元均为具有同样尺寸的长方体，设阳极炭块水平方向的尺寸为A和B，竖直方向的尺寸为C，长方体网格单元水平方向的尺寸为a和b，竖直方向的尺寸为c，则控制a和b相当，0.1a≤c≤0.2a，0.01A≤a≤0.05A。

6.根据权利要求1所述的考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，其特征在于，所述步骤3具体包含以下步骤：

步骤3.1：根据边界条件和有限元网格尺寸设定瞬态电场迭代求解时间步长ΔT，并根据仿真分析任务设定求解步数目N；

步骤3.2：进行各时间步迭代求解，每一时间步求解过程中将部分阳极炭块有限元网格单元的材料属性改变为电解质属性，并保存该求解时间步的计算结果，直至求解时间步累计达到设定求解步数目N。