CN110096819A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了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：步骤2、加载电场仿真边界条件：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。本发明充分考虑到了电解过程中阳极炭块的消耗因素，尤其是考虑到真实过程阳极炭块电流密度分布不均匀造成的各处阳极炭块消耗速率不等的因素，故能够精确仿真电解过程中阳极炭块形状的变化情况，更为接近实际情况，有助于提高计算精度。
Description
技术领域
本发明涉及电解领域，特别涉及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。
背景技术
电解是目前大规模工业生产原铝的唯一手段，其核心设备是铝电解槽。铝电解过程中消耗了大量的能耗，因此通过铝电解槽设备和电解工艺的优化设计实现铝电解能耗的下降和运行稳定性的提升，是铝电解技术领域最重要的任务。随着现代信息和计算技术的发展，计算机模拟仿真由于具有成本低、周期短、准确度高且可以模拟各种假想设计方案等优点，是铝电解技术领域十分重要的研究手段。其中，铝电解槽内的电场分布对热场分布和磁场分布具有决定性的影响，并进一步影响应力场和流场分布，故铝电解槽电场仿真具有十分重要的基础性地位。
当前公知的技术手段中，铝电解槽电场仿真中将阳极炭块的形状视为初始的长方体，其底面始终保持平底形状。然而，真实电解过程中阳极炭块不断消耗，且由于阳极炭块与电解质接触面上的电流密度并非均匀分布，故接触面上各处阳极炭块的消耗速度不尽相同，最终造成底面形状的不断变化。考虑到阳极炭块被喻为铝电解槽的“心脏”，在铝电解槽过程中起到十分重要的作用，而当前铝电解槽电场仿真技术手段中未能纳入电解过程阳极炭块的变形因素，因此预测精度和指导意义较为有限。
因此，在现有的铝电解槽电场仿真分析技术的基础上，如何准确地考虑电解过程中阳极炭块消耗及其形状改变的因素，同时开发易于编程实现的逻辑和技术工具，进而提高铝电解槽电场仿真的计算精度，并获得电解过程阳极炭块形状的变化情况以更好地指导铝电解槽设备和工艺的优化设计，是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种模拟真实度高、操作方便的考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：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。
上述考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，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。
上述考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，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。
上述考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，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。
上述考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，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。
上述考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，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。
上述考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，所述步骤3.1中，瞬态电场迭代求解时间步长ΔT的设定满足以下关系：
ENmin≤EN≤ENmax (1)
式中EN为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目，MC/Al为产铝过程阳极炭块消耗质量与铝生成质量的比值，由铝电解工艺决定，取0.333至0.666之间；a、b、c为长方体网格单元的边长，单位为m；ρ为阳极炭块密度，单位为kg/m3；ENmin为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目的最小值，取值为100至500之间；ENmax为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目的最大值，取值为1000至50000之间。
上述考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，所述步骤3.2中，迭代求解分为以下步骤：
步骤3.2.1：进行第1个时间步的第1次电场求解，获得各阳极炭块网格单元的竖直方向电流密度值；
步骤3.2.2：选取与材料属性为电解质的网格单元相接触且材料属性为阳极炭块的网格单元，将其竖直方向电流密度值大于ic网格单元的材料属性由原来的阳极炭块转化为电解质，并记录所更改网格单元的数目EN1,1，其中ic为阳极炭块网格单元竖直方向电流密度临界值，ic的计算式为：
步骤3.2.3：将第1个时间步的第1次电场求解后转换的阳极炭块网格单元数目EN1,1与1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目EN比较，若EN1,1≥EN，则结束当前时间步的计算，转入下一个时间步；若EN1,1<EN，则转入当前时间步的第2次电场求解，并根据步骤3.2.2的转化规则进行第2次电场求解后的电解质网格单元转化，记录当前时间步累计转化的有限元网格单元数目；若当前时间步累计转化的有限元网格单元数目仍旧小于EN，则循环迭代直至当前时间步累计转化的有限元网格单元数目大于或等于EN后，停止当前时间步的迭代，转入下一个时间步，并记录当前时间步累计转化的有限元网格单元数目与EN的差值ΔEN；
步骤3.2.4：保存上一个时间步的有限元模型及其有限元网格单元的材料属性配置，转入新的时间步的计算，新的时间步的计算过程与上一个时间步的计算相同，但循环迭代直至当前时间步累计转化的阳极炭块有限元网格单元数目大于或等于EN-ΔEN，即若上一时间步转化的阳极炭块有限元网格单元数目超出理论值EN时，在下一时间步予以扣除；
步骤3.2.5：重复步骤3.2.4直至累计计算的时间步达到设定值N，结束仿真分析。
上述考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，所述步骤3.2.2中，选取与材料属性为电解质的网格单元相接触且材料属性为阳极炭块的网格单元，分为以下子步骤：
子步骤O1：选取所有材料属性为电解质的网格单元，并选取所有材料属性为电解质的网格单元包含的所有节点；
子步骤O2：选取子步骤O1中节点所属的所有网格单元；
子步骤O3：选取子步骤O2网格单元中材料属性为阳极炭块的网格单元。
本发明的有益效果在于：
1、本发明充分考虑到了电解过程中阳极炭块的消耗因素，尤其是考虑到真实过程阳极炭块电流密度分布不均匀造成的各处阳极炭块消耗速率不等的因素，故能够精确仿真电解过程中阳极炭块形状的变化情况，更为接近实际情况，有助于提高计算精度。
2、本发明在实现铝电解槽电场分布精确仿真的同时，还能给出电解槽中阳极炭块消耗过程具体的形状变化信息，可以对阳极炭块形状加工等人工干预措施提供有效的理论指导。
3、本发明提供通过转化阳极炭块网格单元材料属性的转化实现阳极炭块消耗过程的仿真手段，只需要在仿真起始阶段一次绘制阳极炭块几何实体，迭代计算过程中不需要几何实体的重新绘制或修改，因此具有操作简便、普适性广，逻辑清晰，计算量小且易于编程实现等优点。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明实施例中的电解槽结构示意图。
图3为本发明实施例中的电解槽电流流经部分包含单阳极的切片的实体模型图。
图4为本发明实施例中某时间步计算结束后阳极炭块有限元网格的形状图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，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。
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；对实体进行布尔切割操作时，切割后相接触的两个实体共享其交界面；
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，划分网格后相接触的两个实体在交界面处共享网格节点。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。
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。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；瞬态电场迭代求解时间步长ΔT的设定满足以下关系：
ENmin≤EN≤ENmax (1)
考虑单个阳极炭块的情形。通过连接该阳极炭块导杆的电流强度为I(A)，假设电流效率为100％，铝的电化学当量为0.3355g/Ah，则1个时间步ΔT(h)内的铝产量mAl(kg)为：
mAl＝3.355×10-4IΔT
上述产铝过程消耗的阳极炭块质量mC(kg)为：
mC＝3.355×10-4IΔTMC/Al
式中MC/Al为产铝过程阳极炭块消耗质量与铝生成质量的比值，取0.333(假设产铝过程生成的阳极气体均为CO)至0.666之间(假设产铝过程生成的阳极气体均为CO2)，通常可取为0.433(假设产铝过程生成的阳极气体70％为CO2、30％为CO)。
阳极炭块中单个有限元网格单元的质量为abcρ，其中a、b、c为长方体网格单元的边长(m)，ρ为阳极炭块密度(kg/m3)，则1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目EN为：
式中EN为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目，MC/Al为产铝过程阳极炭块消耗质量与铝生成质量的比值，由铝电解工艺决定，取0.333至0.666之间；a、b、c为长方体网格单元的边长，单位为m；ρ为阳极炭块密度，单位为kg/m3；ENmin为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目的最小值，取值为100至500之间；ENmax为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目的最大值，取值为1000至50000之间。
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。
迭代求解分为以下步骤：
步骤3.2.1：进行第1个时间步的第1次电场求解，获得各阳极炭块网格单元的竖直方向电流密度值；
步骤3.2.2：选取与材料属性为电解质的网格单元相接触且材料属性为阳极炭块的网格单元，将其竖直方向电流密度值大于ic网格单元的材料属性由原来的阳极炭块转化为电解质，并记录所更改网格单元的数目EN1,1，其中ic为阳极炭块网格单元竖直方向电流密度临界值，假设经过1次电场计算后，阳极炭块有限元网格中某个网格单元的竖直方向电流密度(A/m2)为i(因水平方向电流密度远小于竖直方向，故忽略水平方向的电流密度)，则通过该网格单元的电流强度(A)为iab。1个时间步ΔT(h)内，该网格单元理论上需消耗的阳极炭块质量为3.355×10-4iabΔTMC/Al，而实际上该网格单元空间对应的阳极炭块质量为abcρ，故当3.355×10-4iabΔTMC/Al≥abcρ时该阳极炭块在当前时间步长内全部消耗掉，亦即该网格单元在当前时间步长内被消耗掉转化为电解质，其竖直方向电流密度临界值ic为：
选取与材料属性为电解质的网格单元相接触且材料属性为阳极炭块的网格单元，分为以下子步骤：
子步骤O1：选取所有材料属性为电解质的网格单元，并选取所有材料属性为电解质的网格单元包含的所有节点；
子步骤O2：选取子步骤O1中节点所属的所有网格单元；
子步骤O3：选取子步骤O2网格单元中材料属性为阳极炭块的网格单元；
步骤3.2.3：将第1个时间步的第1次电场求解后转换的阳极炭块网格单元数目EN1,1与1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目EN比较，若EN1,1≥EN，则结束当前时间步的计算，转入下一个时间步；若EN1,1<EN，则转入当前时间步的第2次电场求解，并根据步骤3.2.2的转化规则进行第2次电场求解后的电解质网格单元转化，记录当前时间步累计转化的有限元网格单元数目；若当前时间步累计转化的有限元网格单元数目仍旧小于EN，则循环迭代直至当前时间步累计转化的有限元网格单元数目大于或等于EN后，停止当前时间步的迭代，转入下一个时间步，并记录当前时间步累计转化的有限元网格单元数目与EN的差值ΔEN；
步骤3.2.4：保存上一个时间步的有限元模型及其有限元网格单元的材料属性配置，转入新的时间步的计算，新的时间步的计算过程与上一个时间步的计算相同，但循环迭代直至当前时间步累计转化的阳极炭块有限元网格单元数目大于或等于EN-ΔEN，即若上一时间步转化的阳极炭块有限元网格单元数目超出理论值EN时，在下一时间步予以扣除；
步骤3.2.5：重复步骤3.2.4直至累计计算的时间步达到设定值N，结束仿真分析。
实施例
某400kA预焙阳极铝电解槽，包含40个阳极，结构示意图见图2，图2中1为下料器，2为集气罩，3为电解质结壳，4为钢壳，5为耐火与保温内衬，6为阴极钢棒，7为阴极炭块，8为铝液，9为电解质液，10为阳极炭块，11为阳极导杆，12为阳极钢爪；电流流经部分包含完整单阳极的切片的实体模型见图3。图3中各组成部分的结构尺寸参数见表1，各组成部分对应的电导率见表2，阳极炭块的密度ρ为1500kg/m3。
表1切片模型结构参数表
*注：极距是指阳极炭块底部最低部分与铝液上部水平面之间的距离。
表2各材料的电导率取值
电解过程中流经每1阳极炭块的电流强度近似相等，则每1阳极导杆端面加载的电流值I为1×104A。阳极炭块的边长A、B、C分别为1.5m、0.6m、0.5m，选取阳极炭块有限元网格单元的a、b、c分别为0.03m、0.02m、0.006m。取1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目EN为200，产铝过程阳极炭块消耗质量与铝生成质量的比值MC/Al取0.4，则由式(2)计算出时间步长ΔT为1.45h，进而由式(2)计算出阳极炭块网格单元竖直方向电流密度临界值ic为4.6×104A/m2。设定求解步数目N为10，第5个时间步求解结束后，阳极炭块有限元网格变为图4所示形状。
本实施例提供的考虑阳极形状变化过程的铝电解槽电场仿真分析方法，根据电场迭代计算过程阳极炭块电流密度的分布情况，在求解的每个时间步中及时地将电流密度超过临界值的阳极炭块网格单元的属性转化为电解质，并对阳极炭块网格尺寸和时间步长进行有效控制，解决了现有的铝电解槽电场仿真技术无法考虑电解过程阳极炭块消耗的不足，提高了求解精度且能够有效预测电解过程中的阳极炭块形状变化，同时还具有逻辑简单、普适性好、稳定可靠、客观准确和易于编程实现的优点。
Claims (9)
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。
7.根据权利要求6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3.1中，瞬态电场迭代求解时间步长ΔT的设定满足以下关系：
ENmin≤EN≤ENmax (1)
式中EN为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目，MC/Al为产铝过程阳极炭块消耗质量与铝生成质量的比值，由铝电解工艺决定，取0.333至0.666之间；a、b、c为长方体网格单元的边长，单位为m；ρ为阳极炭块密度，单位为kg/m3；ENmin为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目的最小值，取值为100至500之间；ENmax为1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目的最大值，取值为1000至50000之间。
8.根据权利要求7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3.2中，迭代求解分为以下步骤：
步骤3.2.1：进行第1个时间步的第1次电场求解，获得各阳极炭块网格单元的竖直方向电流密度值；
步骤3.2.2：选取与材料属性为电解质的网格单元相接触且材料属性为阳极炭块的网格单元，将其竖直方向电流密度值大于ic网格单元的材料属性由原来的阳极炭块转化为电解质，并记录所更改网格单元的数目EN1,1，其中ic为阳极炭块网格单元竖直方向电流密度临界值，ic的计算式为：
步骤3.2.3：将第1个时间步的第1次电场求解后转换的阳极炭块网格单元数目EN1,1与1个时间步内消耗的阳极炭块质量对应的有限元网格单元数目EN比较，若EN1,1≥EN，则结束当前时间步的计算，转入下一个时间步；若EN1,1<EN，则转入当前时间步的第2次电场求解，并根据步骤3.2.2的转化规则进行第2次电场求解后的电解质网格单元转化，记录当前时间步累计转化的有限元网格单元数目；若当前时间步累计转化的有限元网格单元数目仍旧小于EN，则循环迭代直至当前时间步累计转化的有限元网格单元数目大于或等于EN后，停止当前时间步的迭代，转入下一个时间步，并记录当前时间步累计转化的有限元网格单元数目与EN的差值ΔEN；
步骤3.2.4：保存上一个时间步的有限元模型及其有限元网格单元的材料属性配置，转入新的时间步的计算，新的时间步的计算过程与上一个时间步的计算相同，但循环迭代直至当前时间步累计转化的阳极炭块有限元网格单元数目大于或等于EN-ΔEN，即若上一时间步转化的阳极炭块有限元网格单元数目超出理论值EN时，在下一时间步予以扣除；
步骤3.2.5：重复步骤3.2.4直至累计计算的时间步达到设定值N，结束仿真分析。
9.根据权利要求8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3.2.2中，选取与材料属性为电解质的网格单元相接触且材料属性为阳极炭块的网格单元，分为以下子步骤：
子步骤O1：选取所有材料属性为电解质的网格单元，并选取所有材料属性为电解质的网格单元包含的所有节点；
子步骤O2：选取子步骤O1中节点所属的所有网格单元；
子步骤O3：选取子步骤O2网格单元中材料属性为阳极炭块的网格单元。
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| CN113111550A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-13 | 广西大学 | 一种基于有限元分析碱性水电解槽工作特性的方法及系统 |
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| WO2008015835A1 (fr) * | 2006-08-01 | 2008-02-07 | Nec Corporation | Procédé, dispositif et programme pour simuler la nano-substance dans un champ électrique |
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| CN106021760A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-10-12 | 中南大学 | 一种基于ansys的铝电解槽磁场有限元计算方法 |
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