Математическое моделирование электрических полей в электролизных технологиях

Доклады Башкирского университета. 2021. Том 6. № 1. С. 1-7.

Авторы


Болотнов А. М.*
Башкирский государственный университет
Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, улица Заки Валиди, 32
Купцова А. Ф.
Башкирский государственный университет
Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, улица Заки Валиди, 32
Иванов В. Н.
Башкирский государственный университет
Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, улица Заки Валиди, 32

Абстракт


Предложен алгоритм расчета электрического поля в многоэлементной электрохимической системе на примере алюминиевого электролизера. Элементы системы сгруппированы в три зоны: анод, катод и электролит. На границах элементов одной и той же зоны задаются простые условия сопряжения. Между электролитом и электродами учитывается наличие двойного электрического слоя. Алгоритм основан на последовательном решении краевых задач в каждой зоне методом граничных элементов. Проект предназначен для численного исследования электрических полей в электролизных технологиях.

Ключевые слова


  • электрохимические системы
  • технологии электролиза
  • метод граничных элементов
  • итерационная процедура

Литература


  1. Иванова А. М., Архипов П. А., Руденко А. В., Ткачева О. Ю., Зайков Ю. П. Формирование гарнисажа и настыли в алюминиевом электролизере // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2019. №5. С. 23-31.
  2. Макеев А. В., Белолипецкий В. М., Пискажова Т. В., Портянкин А. А. Модель теплообмена в период пуска электролизера для оптимизации снижения напряжения // Металлург. 2018. №10. С. 71-75.
  3. Пискажова Т. В. Методы эффективного управления технологическим процессом электролитического получения алюминия // Вестник Сибирского Федерального университета. Техника и технологии. 2010. Т. 3. №2. С. 159-170.
  4. Болотнов А. М., Закиева Г. Н. Применение интервальных вычислений при компьютерном моделировании электрических полей в электролитах // Вестник Башкирского университета. 2014. Т. 19. №3. С. 799-803.
  5. Болотнов А. М., Хисаметдинов Ф. З. Компьютерное моделирование электрических полей в системах катодной защиты трубопроводов с поврежденной изоляцией // Доклады Башкирского университета. 2016. Т. 1. №1. С. 7-13.
  6. Иванов В. Т., Болотнов А. М. АСНИ электрических полей в сложных электрохимических системах на основе вычислительного эксперимента // Электрохимия. 1991. Т. 27. №3. С. 324-331.
  7. Савенкова Н. П., Кузьмин Р. Н., Анпилов С. В., Калмыков А. В. Моделирование влияния динамики изменения внутреннего пространства ванны алюминиевого электролизера на МГД-процессы // Успехи прикладной физики. 2016. Т. 4, №4. С. 409-415.
  8. Шахрай С. Г., Дектерев А. А., Скуратов А. П., Минаков А. В., Бажин В. Ю. Повышение энергетической эффективности электролизера с самообжигающимся анодом // Металлург. 2018. №9. С. 79-83.
  9. Иванов В. Т., Болотнов А. М. Пакет прикладных программ для численного исследования электрических полей в неоднородных электрохимических системах // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 1991. №6. С. 21-28.
  10. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М: Физматлит, 2003. 616 с.
  11. Болотнов А. М. Методы граничных элементов в расчетах электрических полей электрохимических систем. Уфа: РИО БашГУ. 2002. 143 с.
  12. Агошков В. И., Дубовский П. Б., Шутяев В. П. Методы решения задач математической физики. М.: Физматлит, 2002. 320 с.

Mathematical modeling of electric fields in electrolysis technologies

Authors


Bolotnov A. M.*
Bashkir State University
32 Zaki Validi Street, 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia
Kuptsova A. F.
Bashkir State University
32 Zaki Validi Street, 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia
Ivanov V. N.
Bashkir State University
32 Zaki Validi Street, 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia

Abstract


An algorithm for calculating the electric field in a multi-element electrochemical system is proposed on the example of an aluminum electrolyzer. The system elements are grouped into three zones: the anode, the cathode, and the electrolyte. At the borders of elements of the same zone, simple conjugation conditions are set. Between the electrolyte and the electrodes, the presence of a double electric layer is taken into account. The algorithm is based on the sequential solution of boundary value problems in each zone by the boundary element method. The project is intended for the numerical study of electric fields in electrolysis technologies.

Keywords


  • electrochemical systems
  • electrolysis technologies
  • boundary element method
  • iterative procedure