Modélisation de problèmes multi-physiques couplés dans le domaine de l'aluminium

铝领域多物理耦合问题的建模

• 批准号: RGPIN-2017-04279
• 负责人: Fafard, Mario
• 金额: $ 2.7万
• 依托单位: Université Laval
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Discovery Grants Program - Individual
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2018-01-01 至 2019-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=650383
• 关键词: Mod; lisation; de; probl; mes

L'élaboration de modèles mathématiques représentant fidèlement le comportement de matériaux dans des situations multiphysiques, i.e. en présence de plusieurs phénomènes qui se superposent, qui entrent en compétition ou qui agissent en toute complicité, est difficile. La nature étant insensible à ces difficultés, ces situations sont courantes et quotidiennes. Historiquement, l'être humain a tendance à simplifier tout en essayant de quantifier l'erreur commise par sa paresse. Pourquoi élaborer des modèles sophistiqués si les moyens technologiques ne permettent pas de mesurer correctement des phénomènes physico-chimiques et de mettre en oeuvre ces modèles pour des applications pratiques? L'évolution technologique des dernières années nous permet maintenant de considérer le comportement des matériaux d'une manière plus fine. Les moyens techniques permettent d'effectuer des mesures fines et les moyens informatiques permettent de faire des calculs impressionnants. Le domaine technologique touché par ce projet est la production de l'aluminium par le procédé dit de Hall-Héroult. Le comportement des matériaux de la cuve de Hall-Héroult est largement affecté par des champs électrique, thermique, mécanique et chimique. Tous ces phénomènes doivent être traités en prenant en compte les interfaces entre les matériaux, les lois d'échange étant affectées par ces discontinuités. Plus spécifiquement, on vise à modéliser les matériaux réfractaires de la cuve et l'électrolyte en prenant en compte le transfert vers les matériaux poreux qui l'entourent. De la même manière il est nécessaire d'élaborer des modèles mathématiques et numériques pour comprendre les mécanismes de migration d'espèces chimiques dans les matériaux réfractaires et de la formation de différents composés qui pourraient affecter le rendement de la cuve d'électrolyse. Ce projet a pour but général d'augmenter la durée de vie des cuves d'électrolyse dont le coût varie de 100k$ à 400k$ par cuve. On vise également à augmenter le rendement énergétique de ce procédé pour diminuer la consommation d'énergie de 14,5 kW-h/kg à 12 kW-h/kg.

L'ésentant fidèlement de modèles mathématiques represent le comportement de matériaux dans des situations multiphysiques，i.e. en présence de plusieurs phénomènes qui se superposent，qui entrent en compétition ou qui agissent en toute complicité，est difficile.大自然对这些困难无动于衷，这些情况很难处理。历史上，人类一直在关注一个人，他一直在研究一个量化的错误，这是一种轻微的错误。为什么技术手段中的复杂模型不能准确地测量物理化学现象，也不能在实际应用中测量这些模型？L'évolution technologique des dernières années nous permet maintenant de considerer le comportement des matériaux d'une manière plus fine.测量方法的有效性和计算方法的可靠性。该项目涉及的技术领域是通过Hall-Héroult的工艺生产铝。霍尔-埃鲁特弯道的材料构成受到电气、电气、机械和化学等方面的影响。图斯的这些现象都是在考虑材料之间的接口、受这些中断影响的法律时发生的。Plus spécifiquement，on vise à modéliser les matériaux réfractaires de la cuve et l'électrolyte en prenant en compte le transfert vers les matériaux poreux qui l'entourent.为了理解化学物质在耐火材料中迁移的机理以及不同组分的形成，必须使用数学和数值模型，这些模型对电解槽的形成有重要影响。该项目旨在提高电解槽寿命的一般性，其成本从10万美元到40万美元不等。关于将能量消耗从14.5 kW-h/kg降低到12 kW-h/kg的过程的能量转化率的增加。