徐宇杰, 李 劼, 张红亮, 赖延清

(中南大学 冶金科学与工程学院，长沙 410083)

基于非线性浅水模型的铝电解磁流体动力学计算

徐宇杰, 李 劼, 张红亮, 赖延清

(中南大学 冶金科学与工程学院，长沙 410083)

基于铝电解槽内流体体系及电磁场分布特点，建立了非线性磁流体动力学浅水模型，并应用此模型对某300 kA电解槽的熔体流场及铝液−电解质界面波动进行瞬态数值研究。在此基础上，通过动力学计算分析极距及铝液区垂直磁场对磁流体稳定性的影响。结果表明：随着极距的减小，界面波动由稳定趋向于不稳定；减小铝液区的垂直磁感应强度能大幅提高磁流体的稳定性。

铝电解；磁流体动力学模型；稳定性；数值计算

大型工业铝电解槽内的磁流体运动与电解生产的稳定性及关键技术指标息息相关，解析和优化槽内熔体运动一直是降低电解能耗、提高生产稳定性所遇到的核心难题之一。

国际上，铝电解磁流体运动数值研究始于20世纪70年代，至今已开展了30余年，其研究趋势总体上由稳态研究向瞬态研究发展。在瞬态研究方面，基于铝电解槽内电解质层或铝液层厚度与电解槽水平尺寸的比值为小参量的事实，URATA等[1−2]于20世纪80年代首先提出了浅水线性稳定性计算模型，该模型由一个波动方程和扰动电势方程组成，其实质只是分析由铝液−电解质界面波动引起的扰动电磁力对磁流体稳定性的影响，并未考虑熔体流动等对稳定性的影响；继URATA之……