铝产量在国民经济中一直占据着重要地位。工业上通常是通过电解氧化铝而得到金属铝,这一电解过程将消耗巨大的能量。随着社会和科技的不断发展,降低铝电解能耗、提高铝产量等问题越来越受到重视,许多相关研究逐步得以开展。本课题研究的主要任务就是开发针对铝电解槽的专用分析平台,对铝电解槽三维热-电耦合场进行模拟计算,对计算结果进行研究分析,归纳、总结有关参数的变化、影响规律,从而为电解槽的优化设计和优化运行提供依据。长期的生产经验与研究表明:铝电解槽的电热分布状况对电流效率、吨铝能耗和槽寿命等都有很大影响。因此对电热分布状况的深入研究无疑有着十分重要的意义。实际生产中对电解槽的电热分布状况进行经常性的直接测量非常困难。因此,必须探求一种间接方法来研究电热分布状况。国内在八十年代开始铝电解槽电热分布数值计算方面的研究工作,取得了一定的成果和经济效益。随着铝工业的飞速发展,原有的二维数值计算方法暴露出越来越多的不足。针对这种情况,本文开展了铝电解槽的电热分布三维模型的研究。首先,对铝电解槽结构、正常生产工况以及国内外开发的模型进行了研究,明确了本课题所针对的静态三维物理模型对象及其相应的数学模型,同时根据传热学和电学知识,结合铝电解槽的实际情况,给出了模型的电、热边界条件; 其次,对所研究的三维静态物理模型的能量收支情况进行了深入分析,给出了相应的能量平衡核算方法; 在此基础上,进行了一系列模拟计算和分析比较,从各模型的散热计算和材料物性的模拟两方面比较了所研究的三维模型的优越性,并结合所开发的铝电解槽专用分析平台,对电解槽阳极覆盖料、电解质水平、极距等参数进行了敏感性分析,获得了这些参数对电解槽的影响规律,从而为优化设计和运行提供依据。