铝电解槽散热量及其分布规律

万沐 ，王印夫 ，刘军山 ，原安琦2，谷现良3，赵加宁3，高甫生3
(1，沈阳铝镁设计研究院，辽宁沈阳110001；2．山西华泽铝电有限公司，
山西河津043300；3．哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨450000)

随着科技的发展，能源费用逐年增高，环境保护要求日益严格。劳务费用不断增加，目前世界铝工业发展的总趋势是：发展大容量、高产高效、低能耗、低物耗、高劳动生产率的铝电解槽，并且不断转向大型化、自动化。
随着电解容量的增加，电解槽的余热量也将增加，如果余热不能有效地散发，就会破坏电解槽生产过程中的热平衡，影响电解槽规整槽膛内形和槽帮结壳的形成，容易导致电解槽腐蚀并进而影响电解槽的寿命【1 ；同时，余热在车间内的聚积使工作区环境更加恶劣，甚至危害工人的身体健康。了解电解槽的散热量并掌握其分布规律将有助于对电解槽散热问题的研究。
用CFD的方法对电解车间通风系统进行设计并对其空气环境进行预测是铝电解工业设计和研究的一个趋势，要保证设计和预测的准确性，掌握电解槽总散热量及其分布是最基本的条件。
我国还没有用CFD的方法进行电解车间通风系统设计的先例，现行通风设计计算方法中只需要电解槽总散热量而不需要散热量分布，工艺专业也只依据测试数据提供电解槽总散热量，由于不同情况的测试数据不同，至今没有统一的计算方法。国外学者W ．Haupin和H．Kvande基于吉布斯理论建立了槽电压计算式，得到了一套基于电压的电解槽散热量的计算公式【2】。该计算方法不受环境温度影响，并且机理清楚。但CFD计算模型大都将电解槽散热量均布于电解槽表面，与实际的电解槽表面热流分布有较大的差别。本文建立了铝电解槽不同部位散热量的计算模型，由此得到散热量在电解槽表面的分布。
2 电解槽散热量
电解槽热平衡计算体系如图1所示，计算电解槽内烟气换热时采用的计算体系为：槽底一槽壳一阳极顶部(包括钢爪、阳极导杆)一槽壳(图1中系统边界1)；不计算电解槽内烟气换热时的计算体系为：槽底一槽壁一槽罩一槽壁(图1中系统边界2)。电解槽热平衡计算的温度基础为电解温度。