大型预焙铝电解槽电、热场的有限元计算

采用加权余量的伽辽金法推导了铝电解槽电、热场计算的有限元方程．利用ANSYS有限元软件具有的多重单元、多重属性及其能耦合求解电、热场的特点，建立了铝电解槽阳极和熔体大面切片的有限元模型．在合适的边界条件的假定下，对160kA预焙槽的电、热场进行了仿真计算，分析了槽内的温度分布和电压、电流分布．结果表明：所建有限元模型的仿真结果与设计值吻合较好，证实了采用ANSYS软件优化铝电解槽设计和开发新型铝电解槽的可行性与准确性．     

铝电解槽内电-磁-流场的耦合仿真方法及应用

基于电磁流体力学的基本理论，应用等效电阻网络法与有限元相结合计算铝电解槽电流场，标量电位法和双标量磁位法计算铝电解槽磁场，κ-ε双方程模型计算电磁力驱动下的铝液流动，并与工业测试结果进行比较．对200kA侧部四点进电的铝电解槽进行计算与测试，其结果吻合良好；水平磁场形成一个顺时针的漩涡，垂直磁场沿长轴和短轴呈反对分布；铝液流动呈现出沿长轴方向排列的4个漩涡，仿真磁场误差小于10．0％，流场误差不超过5．0％．     

铝电解槽内湍流流动与界面波动的数值模拟

建立了模拟铝电解槽内电解液和铝熔液湍流流及两层熔液界面波动的数学模型，利用交错网格上的一种基于ＳＩＭＰＬＥ算法的改形格式，计算了２８０ｋＡ电解槽内两层熔液的流动状况与界面形状。     

电子束辐照冲量的数值计算与实验的对比

利用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法模拟了电子在材料中的输运方程，得到了材料中电子的能量沉积剖面，同时结合弹塑性流体力学方程组，对“闪光二号”脉冲电子束发生装置产生的电子束与Ｌｙ－１２铝相互作用的热－力学效应逐炮进行了数值计算，着重研究了喷射冲量及质量亏损，并与实验测试结果进行了对比。     

刚体与SPH耦合的三维数值方法研究

 研究了刚性体与SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法相耦合的计算方法和技术，以此技术为核心，在原有三维综合拉氏程序CL3D的基础上，研制了适用于斜侵彻问题数值研究的刚性弹体与SPH靶体耦合计算的拉氏三维数值模拟程序CRSPH3D。针对金属材料编入了Johnson-Cook本构模型计算模块，针对混凝土材料编入了Johnson-Holmquist本构模型及与之配套的损伤模型和状态方程等的计算模块。用研制的计算程序对弹体分别正碰和斜碰穿透中厚铝靶和侵彻厚混凝土靶的过程进行了数值模拟计算和分析。结果表明，对于铝靶穿透问题，模拟计算得到的弹体剩余速度、弹体动能损失和贯穿图像与实验结果符合得较好。对于混凝土靶的侵彻问题也得到了与实验现象一致的、定性合理的图像。     

基于BP网络和专家系统的铝电解槽分层故障诊断

针对铝电解槽故障种类繁多和不易诊断的问题,设计了基于BP网络和专家系统的分层故障诊断系统,包括前层分类和后层预报;通过对槽电阻信号的频谱分析,提取了故障特征信息,并对故障进行分类;建立了基于BP网络的前层分类器,用于诊断特征显著的故障;制定了故障诊断和控制规则,完善了专家系统的知识库,根据前层分类结果对余下故障进行诊断;通过制定规则,将前层分类和后层预报相结合,实现了故障诊断系统的整体设计;仿真结果及理论分析表明,该系统可有效预报单一及复合故障,提高故障诊断的准确率,保证铝电解槽工作状况的稳定。     

轴对称场的电阻网格模拟

本文介绍利用电阻网格模拟轴对称场的原理和方法。并把模拟实验结果与数值计算结果对比，证明模拟实验的精确性比较好，克服了用电解槽法模拟所特有的误差。     

NaF-AlF_3二元系熔盐固相晶体与熔体结构的拉曼光谱及其计算模拟研究

采用量子化学密度泛函计算方法对NaF-AlF3系熔盐的若干典型固相晶体结构进行了计算模拟拉曼光谱研究,并对光谱的振动形式进行了归属,发现特征峰位与铝配位数关系明显;同时,对NaF-AlF3二元系熔盐固相晶体及熔体结构进行了原位变温拉曼光谱实验研究。结果表明,基于计算模拟的振动谱峰归属分析,为NaF-AlF3系熔盐的微结构识别和温致结构变化提供了解析依据,而且随着AlF3浓度的增加,熔盐中铝六配位结构逐渐转化为铝四配位结构。     

水溶液体系铝硅酸钠微结构的拉曼光谱和量子化学从头计算研究

选取了代表性水溶液体系铝硅酸钠的典型试样:铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、铝硅酸钠溶液,分别测定了它们的拉曼光谱。构建了系列铝硅酸钠溶液微结构模型,应用量子化学从头计算方法优化了空间几何构型,并计算了其拉曼光谱,计算结果分别与相应试样的实验拉曼光谱进行对比。结果表明:在高浓度条件下,铝酸钠溶液中铝物种的主要存在形式是Al(OH)-4(Q0)和Al2O(OH)2-6(2Q1),低浓度时只存在Q0结构的铝酸根离子,以4Q0聚集态的四水合分子形式存在;在2.0M Na2SiO3溶液中,硅酸钠团簇结构可能的存在形式是四水合Na2H2SiO4;在铝硅酸钠溶液中,铝硅酸根离子的形态是由Si-O-Si和Al-O-Si键以不同铝硅原子配比相互连接形成的环状或链状结构。     

超高速发射实验模型的数值计算

 采用三阶精度PPM（Parabolic Piecewise Method）方法和VOF（Volume of Fluid）相结合，运用Lagrange-Remapping算法，编制了多介质流体高精度欧拉计算程序MFPPM，可以对多介质复杂流场进行数值计算。对程序计算精度进行了测试，并应用于超高速发射实验模型数值计算，对Sandia实验室不带会聚作用的实验模型进行了一维计算以及带会聚作用的实验模型进行二维计算并与其实验结果和CTH计算结果进行对比，其中一维计算最大相对误差1%，二维计算相对误差4.7%，在此基础上对超高速发射设计模型进行了初步计算。