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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