阳极焙烧及其热工过程的数学分析与仿真PDF电子书下载

第1章　概述 1

1.1 国内外阳极生产发展与研究现状 3

1.1.1 国际阳极工业近年状态 3

1.1.2　焙烧原理 5

1.1.3　焙烧的工艺制度 7

1.1.4　焙烧工序 9

1.1.5　环式炉焙烧工艺 14

1.2　国内在提高阳极质量方面的研究 16

1.3　生阳极在焙烧过程中的物理-化学变化 18

1.4　制品质量的理论分析与综合技术 20

1.4.1 有关原料 21

1.4.2　生产工艺分析 21

1.5　影响焙烧制品质量的因素 23

1.5.1　焙烧体系中气氛的影响 23

1.5.2　压力的影响 25

1.5.3　加热制度的影响 25

1.5.4　填充料的影响 26

1.6　升温与冷却速度对焙烧后制品质量的影响 27

1.6.1 挥发物析出量与升温速度的关系 27

1.6.2　焦炭密度与升温速度的关系 27

1.6.3 热应力与毛坯的平均温度 28

1.7　焙烧温度对制品性能的影响 29

1.7.1 焙烧温度对孔隙度的影响 29

1.7.2　焙烧温度对比电阻的影响 29

1.7.3　焙烧温度对抗压强度的影响 30

1.7.4　焙烧温度对预焙阳极电解消耗的影响 30

1.7.5　焙烧温度对预焙阳极被空气氧化速率的影响 32

1.7.6　焙烧温度对预焙阳极被二氧化碳气体氧化速率的影响 32

1.7.7　焙烧温度对预焙阳极反电动势的影响 34

1.8　动量、热量、质量传输过程模型的表述 34

1.8.1　一维传递机理 35

1.8.2　通用微分方程组 36

1.8.3 湍流计算的双微分方程模型 38

1.9　本章小结 41

第2章　阳极焙烧炉燃烧室数学模拟 42

2.1　焙烧室中流体流动的数学描述 43

2.2　焙烧室中传输过程的基本方程 46

2.3　源项表达式 47

2.3.1　化学反应率 47

2.3.2　能量方程的源项 48

2.3.3　动量方程的源项 50

2.4　数学模型的引入 51

2.4.1　k-ε-f-g方程 55

2.4.2　PDF（概率密度分布函数）模型 57

2.4.3 火焰传热过程的基本方程 59

2.5　本章小结 60

第3章　基本方程的数值理论与计算 62

3.1　方程的离散化 62

3.1.1　泰勒级数展开 63

3.1.2　变分法 64

3.1.3　权余法 66

3.1.4　控制体法 66

3.2　差分方程的系数 70

3.2.1 时间导数项和源项 70

3.2.2 总通量项 71

3.2.3 非定常差分方程的显式和隐式 72

3.2.4　差分方程的系数 74

3.3　网格理论与有限差分 76

3.3.1 非均匀网格中函数的导数 78

3.3.2　不稳定态问题的有限差分方程 79

3.4　有限元法在阳极焙烧室中的应用 81

3.5 阳极焙烧燃烧室火焰传热过程的数值计算 84

3.5.1 三维空间的热流法数值计算 84

3.5.2　三维空间辐身换热的概率模拟 86

3.6　本章小结 88

第4章　混沌、分形及其现象分析与应用研究 90

4.1　混沌的基本知识 91

4.1.1　混沌的发展与简史 91

4.1.2　神经网络、模糊分析和混沌理论 92

4.1.3　混沌在智能信息处理中的应用 93

4.1.4　铝工业经济混沌现象分析及其模型研究 95

4.2　分形的基本知识 97

4.2.1 分形的发展与简史 98

4.2.2　分形空间与分形维数 100

4.2.3　仿射变换与收缩映射 102

4.2.4　分形插值 104

4.3　动力学系统 107

4.3.1　动力学系统的定义 107

4.3.2　耗散系统与保守系统 109

4.3.3　混沌Lorenz系统的控制研究 110

4.4　奇异吸引子 112

4.4.1　Lorenz吸引子 115

4.4.2　奇异吸引子 116

4.4.3　混沌用于化学动力学系统中 117

4.5　混沌和混沌状态的判断 120

4.5.1 几个常用的判断方法 120

4.5.2　定性观察混沌现象 122

4.5.3　李雅谱诺夫特征指数 125

4.6　计算机模拟与优化算法 127

4.7　神经网络法 131

4.8　热混合层中温度脉动的分形特征 134

4.9　分形空间中的有限元法与逼近法 136

4.10　分形插值曲面及其维数 140

4.10.1　分形插值曲面计算公式 141

4.10.2　分形插值曲面维数定理 144

4.11　讨论 145

4.11.1 有序与混沌的区别问题 145

4.11.2　由规则向不规则的过渡 146

4.12　本章小结 147

第5章　阳极焙烧炉全息检测系统 150

5.1　检测系统方案 150

5.1.1　开发目的与意义 151

5.1.2 系统设计方案 152

5.2　通用计算机软件CFX的研究 156

5.2.1 CFD计算机程序的种类和特点 158

5.2.2　CFX4的性能简介 159

5.2.3　CFX4程序框架系统简介 162

5.2.4　CFX的核心技术分析 167

5.3　本章小结 174

第6章　现代炉窑的研究热点与碳阳极焙烧炉燃烧室的四场耦合仿真 176

6.1　碳阳极焙烧炉物理模型 176

6.2　数学模型 178

6.3　气体湍流的扩展k-ε模型 178

6.4　有限差分法的进一步应用与差分方程的稳定性 180

6.5　消去压力的做法 181

6.6　仿真和优化过程 185

6.6.1　边界及初始条件与网格划分 185

6.6.2　计算和分析 185

6.7　现代炉窑研究的热点——从简单模拟到全息仿真 191

6.7.1 从简单模拟到全息仿真及其全息仿真的特点 192

6.7.2　全息仿真数学模型与多场耦合问题 194

6.8　结论与建议 198

第7章　对生产高质量阳极的进一步设想 202

7.1 填充料的制备和使用方法应引起足够的重视 202

7.2　关于阳极焙烧过程的最佳化问题 203

7.3　优化焙烧工艺条件，向“三高两低”靠近 204

7.4　碳素焙烧炉的改进建议 206

7.5　烟气净化与余热利用 208

7.6　对阳极质量标准的探讨 209

7.6.1 阳极的CO2反应性指标 209

7.6.2 阳极的空气氧化性指标 210

7.6.3　空气渗透率 210

7.6.4　关于阳极的热特性指标 210

7.7　本章小结 210

第8章　现代数学方法在求解热工微分方程近似解中的进一步应用 212

8.1　Lindstedt-Poincare方法 212

8.1.1　渐近序列和渐近展开式 212

8.1.2　正则摄动与奇异摄动 214

8.1.3　Lindstedt-Poincare方法的基本思想 216

8.1.4　Lindstedt-Poincare方法的机器实现 218

8.1.5 关于主函数和子函数的说明 219

8.2　多重尺度法 220

8.2.1 多重尺度法的基本思想 221

8.2.2 多重尺度法的机器实现 224

8.3　平均化方法 226

8.3.1　Krylov-Bogoliubov技巧 228

8.3.2　Krylov-Bogoliubov-Mitropolsky技巧 230

8.4　Lie变换自动实现的研制 232

8.4.1 Lie变换平均方法 232

8.4.2　Lie变换正则系统 242

8.5　本章小结 247

参考文献 249