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April 2025
eBook (PDF)
Hendrik Gesell
Modeling of aluminium electrolysis cells at flexible operation
In der vorliegenden Arbeit wird ein flexibler Betrieb von Aluminiumelektrolysezellen detailliert untersucht. Dafür wird eine Elektrolysezelle – als das globale zu untersuchende Objekt – zur Vereinfachung und Beschleunigung der Modellierung in verschiedene Subsysteme unterteilt. Für diese Subsysteme werden jeweils eigene Modellierungsverfahren innerhalb der OpenFOAM® Umgebung entwickelt und auf die spezifischen Fragestellungen angewendet.
Wärmetauscher werden an den Außenwänden der Elektrolysezellen montiert. Über sie kann die aus der Elektrolysezelle abgeführte Wärme präzise reguliert werden. Ihr Betriebsverhalten wird als Funktion des Luftvolumenstroms untersucht und quantifiziert. In der magnetohydrodynamischen Analyse wird das Betriebverhalten der Elektrolysezellen bei Lastwechseln untersucht. Dafür werden Lastwechselszenarien simuliert und die Änderung der Trennfläche zwischen Aluminium und Elektrolyt sowie der Stromdichte- verteilung nach einem Lastwechsel untersucht.
Das Lösungsverhalten von Tonerdepartikeln ist von großer Relevanz für den Elektrolysebetrieb. Daher wird die Injektion der Partikel sowie deren Verteilung und Auflösung im elektrolytischen Bad analysiert. Dabei liegt der Fokus auf Betriebszuständen, bei denen ein unvollständiges Auflösen der Tonerdepartikel vorkommen kann.
Wärmetauscher werden an den Außenwänden der Elektrolysezellen montiert. Über sie kann die aus der Elektrolysezelle abgeführte Wärme präzise reguliert werden. Ihr Betriebsverhalten wird als Funktion des Luftvolumenstroms untersucht und quantifiziert. In der magnetohydrodynamischen Analyse wird das Betriebverhalten der Elektrolysezellen bei Lastwechseln untersucht. Dafür werden Lastwechselszenarien simuliert und die Änderung der Trennfläche zwischen Aluminium und Elektrolyt sowie der Stromdichte- verteilung nach einem Lastwechsel untersucht.
Das Lösungsverhalten von Tonerdepartikeln ist von großer Relevanz für den Elektrolysebetrieb. Daher wird die Injektion der Partikel sowie deren Verteilung und Auflösung im elektrolytischen Bad analysiert. Dabei liegt der Fokus auf Betriebszuständen, bei denen ein unvollständiges Auflösen der Tonerdepartikel vorkommen kann.
Keywords: aluminium electrolysis; Hall-Héroult process; numerical modeling; CFD
Berichte des Fachgebiets für Strömungsmechanik
Edited by Univ.-Prof. D.-Ing. habil. Uwe Janoske, Wuppertal
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Print version: 978-3-8440-9952-2
DOI 10.2370/9783819100321
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