Academic literature on the topic 'Anodes – Méthodes de simulation'

La production mondiale d’aluminium, produit via le procédé Hall Héroult, est actuellement autour de 60000 tonnes annuellement. Ce procédé a principalement conservé le concept original développé en 1886. Les anodes de carbone précuites utlisées dans ce procédé représentent une part importante du design des cellules d’électrolyse de l’aluminium. Les anodes font partie de la réaction chimique de la réduction de l’alumine et sont consommées lors du processus d’électrolyse. De ce fait, le niveau de consommation et la qualité des anodes ont un effet direct sur la performance des alumineries dans le marché extrêmement compétitif de la production d’aluminium. Bien que le processus et le design des anodes datent de 130 ans, l’effet des propriétés des matières premières sur la qualité finale des anodes n’est pas tout à fait maîtrisé, nécessitant ainsi des recherches approfondies. Les anodes de carbone sont composées de particules de coke, de pitch et de mégots d’anodes. Le pitch à la température de mélange et de formage est un liquide. Par conséquent, le mélange est une pâte de coke et des agrégats de mégots et pitch agissant comme liant. Le comportement de l'écoulement et du compactage de ce mélange en raison de la coexistence d'une variété de paramètres physiques, chimiques et mécaniques sont des phénomènes complexes. Compte tenu de l'importance des anodes de haute qualité et de longue durée en performance et donc l'économie des cellules de réduction, sous-estimer et prédire les propriétés finales des anodes sont très importantes pour les fonderies. La modélisation numérique dans des problèmes aussi complexes peut fournir un laboratoire virtuel où les effets de différents paramètres de processus ou des matériaux sur la qualité de l'anode peuvent être étudiés sans risquer la performance du pot. Toutefois, le choix de la méthode numérique est une décision critique qui doit être prise en fonction de la physique du problème et de l'échelle géométrique des problèmes étudiés. La méthode des éléments discrets (DEM) est utilisée dans ce travail de recherche pour modéliser les deux phases de la pâte d’anode; les agrégats de coke et le brai de pétrole. Dans cette partie du travail, les modèles DEM d’agrégats de coke sont utilisés pour simuler les tests de densité en vrac vibrée des particules de coke et pour révéler les paramètres impliqués. De par sa nature, la DEM est idéale pour étudier les contacts entre particules. Les résultats de ces travaux seront ensuite utilisés pour proposer de nouvelles recettes d’agrégats secs avec une densité en vrac supérieure. La résistivité électrique de lits de particules a été mesurée expérimentalement. Les informations sur les contacts entre particules obtenues à partir des modèles numériques ont été utilisées pour expliquer la résistivité électrique de lits de particules avec différentes distribution de tailles de particules. Les résultats ont montré que lorsque le nombre de contacts par unité de volume augmente dans un échantillon, la résistivité électrique augmente aussi. La densité compactée du lit de particules a aussi une influence sur le passage de courant dans les matériaux granulaires. D’après les résultats obtenus, conserver la densité de contacts aussi basse que possible est bénéfique pour la conductivité électrique s’il n’a pas d’impact négatif sur la densité compactée. Le brai de houille est un matériau viscoélastique à température élevée. Dans ce travail, les propriétés rhéologiques du brai et de la matrice liante (brai + particules fines de coke) ont été mesurées expérimentalement en utilisant un rhéomètre à cisaillement dynamique à 135, 140 145 et 150 °C. Le modèle de Burger à quatre éléments est alors utilisé pour modéliser le comportement mécanique du brai à 150 °C. Le modèle vérifié est alors utilisé pour étudier les propriétés rhéologiques du brai et du mélange coke /brai à 150 °C. Le modèle de Burger calibré démontre une bonne prédiction des propriétés viscoélastiques du brai et de la matrice liante à différentes températures. Les résultats obtenus montrent que, considérant la physique du problème, la méthode des éléments distincts est une technique de simulation numérique adaptée pour étudier les effets des matières premières sur les propriétés mécaniques et physiques des mélanges coke /brai.
Global aluminum production now is around 60 000 metric tonnes, annually, which is produced by the Hall-Héroult process. The process has mostly kept the original concept developed in 1886. Pre-baked carbon anodes are an important part of the design of aluminum smelting cells. Anodes are part of the chemical reaction of alumina reduction and are consumed during the process. Thus, quality and properties of anodes have direct effects on the performance and economy of the aluminum production in today’s highly competitive market. Although the design of anodes goes back to 130 years ago, effects of raw materials properties on final quality of anodes still need to be investigated. Anodes are composed of granulated calcined coke, binder pitch and recycled anode butts. Pitch at temperatures of mixing and forming steps is a liquid. Hence the mixture is a paste of coke and butts aggregates with pitch acting as binder. Flow and compaction behavior of this mixture, because of the co-existence of a variety of physical, chemical and mechanical parameters are complicated phenomena. Given the importance of high quality and long lasting anodes in performance and so the economy of the reduction cells, understating and predicting the final properties of anodes are very important for smelters. Numerical modeling in such complicated problems can provide a virtual laboratory where effects of different materials or process parameters on anode quality index can be studied without risking the pot performance. However, the choice of the numerical framework is a critical decision which needs to be taken according to the physics of the problem and the geometrical scale of the investigated problems. Discrete Element Method (DEM) is used in this research work to model the anode paste. In the first step, DEM models of coke aggregates are used to simulate the vibrated bulk density test of coke particles and to reveal the parameters involved. As a micromechanical model, DEM provides a unique opportunity to investigate the particle-particle contacts. The developed DEM models of coke aggregates were then used to propose a new dry aggregates recipe exhibiting higher packing density. Packing density of coke aggregates has direct effect on the baked density of anodes. High density is a very favorable anode quality index as it has positive effects on mechanical strength, and consumption rate of anodes in the cell. Electrical resistivity of bed of particles was experimentally measured. Particle-particle contacts information obtained from numerical models were used to explain the electrical resistivity of samples with different size distribution. Results showed that the increase in the number of contacts in volume unit of a sample increases, the electrical resistivity of the particle bed. Packing density also influences the electrical current transfer in granular systems. According to the obtained results, keeping the contacts density as low as possible is beneficial for electrical conductivity if it does not have a negative effect on packing density. Pitch is a viscoelastic material at elevated temperatures. In the present work, rheological properties of pitch and binder matrix (pitch+fine coke particles) were experimentally measured using a dynamic shear rheometer at 135, 140, 145 and 150 ºC. Four-element Burger’s model is then used to model the mechanical behavior of pitch and binder matrix. The verified model is then used to investigate the rheological properties of pitch and coke/pitch mixtures at 150 ºC. Calibrated Burger’s model showed to have a good prediction of viscoelastic properties of pitch and binder matrix at different temperatures. Obtained numerical results showed that available empirical equations in the literature fail to predict the complex modulus of mixtures of pitch and coke particles. As pitch has viscoelastic response and coke particles have irregular shapes, rheology of this mixture is more complicated and needs well-tailored mathematical models. Complex modulus of pitch decreases by increasing the temperature from 135 to 150 ºC, this makes easier the coke/pitch mixtures to flow. DEM modeling showed that the mixture gets a better compaction and so lower porosity by vibro-compacting at higher temperatures. The ability of pitch to penetrate to inter-particle voids in the porous structure of bed of coke particles was also shown to be improved by temperature. Final anode structure with less porosity and so high density is favorable for its mechanical strength as well as its chemical reaction in the cell as Based on the obtained results and considering the physics of the problem, it can be said that discrete element method is an appropriate numerical simulation technique to study the effects of raw materials and the anode paste formulation on mechanical and physical properties of coke/pitch mixtures. The platform created in the course of this research effort, provides a unique opportunity to study a variety of parameters such as size distribution, shape and content of coke particles, content and rheological properties of pitch on densification of coke/pitch mixtures in vibro-compaction process. Outputs of this thesis provide a better understanding of complicated response of anode paste in the forming process.

L’objectif de ce travail était d’étudier les mécanismes de corrosion-cicatrisation d’aciers revêtus par des alliages d’aluminium, sur tranche et en zone confinée. Sur la tranche, les techniques de mesures locales ont été utilisées pour étudier le comportement de deux types de revêtements sacrificiels : l’un étant constitué d’un alliage d’aluminium à 55% en masse et de Zn (Aluzinc) et d’un alliage d’aluminium contenant environ 11% silicium (Alusi). L’ensemble des résultats montre que les revêtements à base alliages d’aluminium ont un comportement sacrificiel qui dépend fortement de leur composition selon le type d’environnement concerné. Si le milieu corrosif contient des chlorures il est plus facile d’amorcer et/ou de stabiliser le comportement sacrificiel. Cela est par exemple parfaitement illustré par le comportement du revêtement Alusi qui reste passif dans le milieu sulfate et donc ne permet aucune protection à l’acier. Par contre pour les revêtements 55%Al-Zn, on a pu constater un effet sacrificiel très stable en milieu chloruré (l’acier est protégé cathodiquement) qui se confirme en milieu sulfate mais seulement pour de courtes périodes d'immersion (t < 1 h). L’étude du comportement de ces mêmes traitements de surface en situation de corrosion perforante a permis de proposer un dispositif d’étude représentatif ayant une géométrie assez proche de celles des éprouvettes qui ont fait l’objet d’une normalisation. On a mis l’accent sur la possibilité de mesurer l’évolution du pH en positionnant de manière précise une microélectrode de pH à membrane liquide sélective dans une cavité modèle. Par des simulations numériques basées sur des modèles de transport et de réaction on a montré que l’on pouvait calculer les gradients chimiques et électriques dans la cavité testée en utilisant la résolution des équations de transport (Nernst-Planck) par la méthode des éléments finis
The objective of this work was to study the self healing mechanisms of aluminium based alloy coated steels on cut-edge specimens in confined condition. In situ chemical and electrochemical probe techniques have been used to study the behaviour of two types of sacrificial coatings: one is consisting on an Al alloy containing 55% of Zn (Aluzinc) and the other one contains about 11% of Silicon (Alusi). The results showed that the aluminium based coatings have a sacrificial behaviour which depends strongly on their composition and on the environment concerned. In a corrosive environment containing chlorides it is easier to initiate and / or stabilize the sacrificial behaviour. This is clearly illustrated by the behaviour of the Alusi coating which remains passive in a neutral sulphate solution and therefore does not protect the steel. On the opposite, for 55% Al-Zn coatings, a very stable sacrificial effect has been demonstrated in chloride medium (steel is cathodically protected) which is confirmed in sulphate medium but only for short periods of immersion (t <1 h). An experimental setup allowing pH measurements inside a confined volume representing a lapped joint was designed. The pH evolution over steel and galvanized steel surfaces in confined conditions was monitored. This experimental pH was compared with that calculated using a two-dimensional transport-reaction model only in the case of a confined iron surface. The difference between the experimental and calculated pH in the steady state was attributed to the limitation of the modelling approach, more especially concerning solid phases precipitation inside the cavity

L’aluminium primaire est produit à partir du procédé électrolytique Hall-Héroult qui nécessite des anodes de carbone pour véhiculer le courant et fournir la source de carbone pour la réaction. La qualité des anodes influence les performances dans les cuves. Or, l’augmentation de la variabilité des matières premières rend la fabrication d’anodes de bonne qualité de plus en plus difficile. L’objectif de ce projet est d’améliorer le contrôle de qualité des anodes avant la cuisson à l’aide de mesures de résistivité électrique. À partir de méthodes statistiques multivariées, les mesures ont été utilisées dans deux optiques différentes : prédictive et explicative. L’optimum de brai qui est défini comme étant la quantité optimale de brai menant aux meilleures propriétés de l’anode pour un mélange d’agrégats donné change plus fréquemment avec l’accroissement de la variabilité de la matière première. Le dépassement de l’optimum peut engendrer des problèmes de collage lors de la cuisson. Un capteur virtuel conçu à partir d’un modèle d’analyse en composantes principales a permis de montrer qu’un bris dans la structure de corrélation mesuré par l’erreur de prédiction (SPE) semble se produire lorsque les anodes ont un risque de coller lors de la cuisson. Son application sur des données d’optimisation de brai a aussi été réalisée. Afin d’améliorer la compréhension des paramètres influençant la résistivité de l’anode, un modèle par projection des moindres carrés partiels en blocs séquentiels (SMB-PLS) a été développé. Il a permis d’expliquer 54 % des variations contenues dans les mesures de résistivité à partir des données opératoires, de matières premières et de formulation. Son interprétation a montré que la variabilité de la résistivité de l’anode verte est principalement causée par les matières premières utilisées et que les relations observées sont conformes avec la littérature et les connaissances du procédé.
Primary aluminum is produced through the Hall-Héroult process. Carbon anodes are used in this electrolytic process to provide the carbon source for the reaction and to distribute electrical current across the cells. Anode quality influences cell performance. However,increasing raw material variability has rendered the production of high-quality anodes more difficult. The objective of this project is to improve carbon anode quality control before baking by using anode electrical resistivity measurements. Multivariate statistical methods were applied to create two types of models: predictive and explanatory. For a given aggregate, the optimum pitch demand (OPD) is the amount of pitch that yields the best anode properties. High raw material variability causes the OPD to change more frequently, which makes it difficult to add the correct amount of pitch. This can lead to post-baking sticking problems when the optimum is exceeded. A soft sensor was developed based on a principal component analysis (PCA). The integrity of the correlation structure,as measured by the Squared Prediction Error (SPE), appears to break down during high-risk periods for anode sticking. The soft sensor was also tested on data collected during pitch optimization experiments.A sequential multi-block PLS model (SMB-PLS) was developed to determine which parameters influence anode resistivity. Raw material properties, anode formulation and process parameters collectively explain 54 % of the variability in the anode resistivity measurements.The model shows that coke and pitch properties have the greatest impact on green anode electrical resistivity. In addition, the main relationships between process variables implied by the model agree with the relevant literature and process knowledge.

Les anodes destinées aux cuves d'électrolyses sont moulées dans une pate crue de coke de pétrole et de brai. Ces anodes crues doivent être précuites afin de leur assurer les propriétés électriques et mécaniques requises. Bien que la connaissance et la maitrise de la cuisson des anodes soient d'un grand intérêt, l'étude systématique de la modélisation mathématique du fonctionnement du four a tardé à apparaitre en raison de la complexité des phénomènes à simuler. Nous modélisons dans ce travail les processus de cuisson des anodes en considérant les phénomènes principaux, a savoir les infiltrations d'air parasite, l'émission et la combustion des matières volatiles, l'échange thermique par convection et radiation entre gaz et solides, la conduction dans les solides et les pertes thermiques du four. En outre, pour étudier l'homogénéité de la température dans les anodes, nous traitons la conduction de la chaleur en deux dimensions. Le résultat, sous forme de cartes de température, permet d'apprécier la qualité du produit. Notre programme donne les profils de débit de gaz et le profil de dépression/surpression dans les cloisons, les profils de l'émission des matières volatiles et de leur combustion partielle. Le modèle de conduction à une dimension calcule les profils de températures des solides dans la direction transversale Z pour chaque tranche de la longueur du four. Avec ces profils nous calculons les pertes thermiques du four. Notre programme donne aussi le profil de l'énergie apportée au four dans lequel l'apport d'énergie des matières volatiles est environ 40% de l'apport total de chaleur. Le modèle de conduction à deux dimensions calcule l'histoire thermique de tous les points des anodes. Il montre que le gradient de température dans la direction verticale y est le plus important

Marine structures must withstand the corrosive effects of salt water in a way that is low cost, reliable, and environmentally friendly. Aluminum satisfies these conditions, and would be a good choice for a sacrificial anode to protect steel structures if it did not passivate. However, various elements can be added to aluminum to prevent this passivation. Currently, Al-Ga alloys are used commercially as sacrificial anodes but their performance is not consistent. In this research, Thermo-Calc software was used to simulate various aspects of the Al-Ga system in an attempt to understand and potentially correct this reliability issue. Simulations showed that gallium segregates to the grain boundaries during solidification and then diffuses back into the grains during cooling to room temperature. Simulations also suggest that faster cooling rates and larger grains cause the potential segregation of gallium at the grain boundaries to remain after cooling. A set of aluminum plus 0.1% weight percent gallium alloy plates were produced with varying cooling rates, along with a control set (cooled slowly in a sand mold). Some samples were later homogenized via annealing. Samples were subjected to a 168 hour long galvanostatic test to assess voltage response. The corrosion performance of samples was found to have both consistent and optimal voltage range when subjected to quick cooling rates followed by annealing. Testing samples at near freezing temperature seems to completely remove optimal corrosion behavior, suggesting that there are multiple causes for the voltage behavior.
Master of Science
Ships must withstand the corrosive effects of salt water in a way that is low cost, reliable, and environmentally friendly. Aluminum has properties which could allow a plate of it to rust instead of a ship it is attached to, thus protecting the ships from rusting. However, because aluminum usually does not rust, gallium can be added to aluminum to allow it to rust. Currently, aluminum-gallium alloys are used commercially to protect ships, but their performance is not consistent. In this research, various aspects of the aluminum-gallium system were simulated in an attempt to understand and potentially correct this reliability issue. Simulations showed that the gallium concentration may not be uniform in the alloy, and various conditions can cause the gallium concentration to be inconsistent. A set of aluminum-gallium alloy plates were cast in molds from liquid aluminum. Some of the plates were cooled quickly, and some cooled slowly. Some samples were later heated in an oven at high temperatures in an attempt to even out the gallium concentration. Samples were subjected to tests to observe corrosion behavior. The corrosion performance of samples was found to be best when subjected to quick cooling rates followed by the oven heating. Testing the samples in cold temperatures seemed to remove the desired corrosion behavior, suggesting that there are multiple reasons for the inconsistent corrosion behavior of aluminum gallium.

Marine structures must withstand the corrosive effects of salt water in a way that is low cost, reliable, and environmentally friendly. Aluminum satisfies these conditions, and would be a good choice for a sacrificial anode to protect steel structures if it did not passivate. However, various elements can be added to aluminum to prevent this passivation. Currently, Al-Ga alloys are used commercially as sacrificial anodes but their performance is not consistent. In this research, Thermo-Calc software was used to simulate various aspects of the Al-Ga system in an attempt to understand and potentially correct this reliability issue. Simulations showed that gallium segregates to the grain boundaries during solidification and then diffuses back into the grains during cooling to room temperature. Simulations also suggest that faster cooling rates and larger grains cause the potential segregation of gallium at the grain boundaries to remain after cooling. A set of aluminum plus 0.1% weight percent gallium alloy plates were produced with varying cooling rates, along with a control set (cooled slowly in a sand mold). Some samples were later homogenized via annealing. Samples were subjected to a 168 hour long galvanostatic test to assess voltage response. The corrosion performance of samples was found to have both consistent and optimal voltage range when subjected to quick cooling rates followed by annealing. Testing samples at near freezing temperature seems to completely remove optimal corrosion behavior, suggesting that there are multiple causes for the voltage behavior.
Master of Science
Ships must withstand the corrosive effects of salt water in a way that is low cost, reliable, and environmentally friendly. Aluminum has properties which could allow a plate of it to rust instead of a ship it is attached to, thus protecting the ships from rusting. However, because aluminum usually does not rust, gallium can be added to aluminum to allow it to rust. Currently, aluminum-gallium alloys are used commercially to protect ships, but their performance is not consistent. In this research, various aspects of the aluminum-gallium system were simulated in an attempt to understand and potentially correct this reliability issue. Simulations showed that the gallium concentration may not be uniform in the alloy, and various conditions can cause the gallium concentration to be inconsistent. A set of aluminum-gallium alloy plates were cast in molds from liquid aluminum. Some of the plates were cooled quickly, and some cooled slowly. Some samples were later heated in an oven at high temperatures in an attempt to even out the gallium concentration. Samples were subjected to tests to observe corrosion behavior. The corrosion performance of samples was found to be best when subjected to quick cooling rates followed by the oven heating. Testing the samples in cold temperatures seemed to remove the desired corrosion behavior, suggesting that there are multiple reasons for the inconsistent corrosion behavior of aluminum gallium.

Ce travail est consacré au développement des méthodes particulaires pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles en dimension 3. L'évaluation des formules de Biot-Savart ayant un coût de calcul prohibitif en dimension trois, on utilise un couplage grille-particules. On applique alors cette technique à la simulation et au contrôle de sillages produits par un cylindre. La première partie est consacrée à la méthode numérique proprement dite. On commence par présenter le modèle lagrangien et la méthode utilisée pour calculer le champ de vitesse, qui est la clef de voûte du schéma. On décrit ensuite, au chapitre 2 comment sont calculées les couches limites. Enfin, on présente au chapitre 3 l'algorithme à pas fractionnaire utilisé, ainsi que les méthodes de transfert entre jeux de particules et grilles sous-jacentes, et le calcul de la diffusion. Le code est alors validé par des simulations d'anneaux tourbillonnaires qui se propulsent sur un obstacle cylindrique, pour des nombres de Reynolds modérés (entre 400 et 2000).La seconde partie utilise la méthode numérique décrite précédemment, en l'appliquant dans un premier temps à la simulation des sillages turbulents qui se développent derrière un cylindre circulaire (chapitre 4), puis au contrôle de ces écoulements au chapitre 4.Il est connu que les solutions bidimensionnelles sont instables pour des nombres de Reynolds suffisamment élevés. Les instabilités tridimensionnelles sont identifiée grâce à leur profil spectral. Elles ont un effet important sur les forces de traînée et sur la fréquence propre de l'écoulement.Le chapitre 5, relatif au contrôle, se propose de mettre en évidence plusieurs phénomènes. On considère un contrôle en boucle ouverte, réalisé par une rotation à pulsation et amplitude constante. On étudie des rotations basse et haute fréquences. Le coefficient de traînée est alors diminué de 43% par le contrôle à haute fréquence, pour un nombre de Reynolds de 550. De plus, on montre que l'écoulement turbulent revient à un état bidimensionnel si l'amplitude de rotation est suffisamment élevée.

Cette thèse porte sur les irrégularités de distribution de suites à une ou plusieurs dimensions et sur leurs applications a l'intégration numérique. Elle comprend trois parties. La première partie est consacrée aux suites unidimensionnelles: estimations de la diaphonie de la suite de van der corput à partir de l'étude des sommes exponentielles et étude des suites (n). La deuxième partie porte sur quelques suites classiques en dimension plus grande que une (suites de Fame, suites de Halton). La troisième partie, consacrée aux applications à l'intégration contient de nombreux résultats numériques, permettant de comparer l'efficacité de suites

Ce chapitre aborde l’estimation de probabilités faibles utiles pour l’analyse de la fiabilité de systèmes à fortes exigences de sûreté. La présentation inclut les méthodes FORM et SORM connues en fiabilité structurale, mais également les méthodes basées sur un échantillonnage naïf (Monte-Carlo) ou préférentiel (tirage d’importance, subset simulation). La sensibilité de la probabilité de défaillance calculée est également introduite.

La simulation rapide de Monte Carlo est appliquée pour résoudre deux problèmes combinatoires à grande dimension. Le premier concerne l’estimation du nombre de sous-espaces k-dimensionnels d’un poids arbitraire d’un espace vectoriel n-dimensionnel sur un corps de Galois contenant q éléments. Les limites supérieures et inférieures sont construites grâce à une analytico-statistique. Le second problème concerne l’évaluation des « bonnes » permutations. La méthode de simulation rapide est proposée.

L’objectif de ce chapitre est de donner un aperçu des résultats récents sur les systèmes de files d’attente avec rappel à source finie à serveur unique avec collision de clients. Il s’agit notamment de déterminer lorsque le serveur est fiable et de modéliser les pannes et les réparations aléatoires du serveur selon qu’il est inactif ou occupé. Les méthodes numériques, de simulation et asymptotiques, assistées par des outils, sont considérées sous la condition d’un nombre croissant et illimité de sources.

Calcined coke is an important material for making carbon anodes for smelting of alumina to aluminum. Calcining is an energy intensive industry and a significant amount of heat is wasted in the calcining process. Efficiently managing this energy resource is tied to the profit margin and survivability of a calcining plant. To help improve the energy efficiency of the calcining process, a 3-D computational model is developed to gain insight of the thermal-flow and combustion behavior in the calciner. Comprehensive models are employed to simulate the moving petcoke bed with moisture evaporation, devolatilization, and coke fines combustion with a conjugate radiation-convection-conduction calculation.

High-voltage lithium-ion batteries are increasingly used in electric and hybrid-electric vehicles. Due to a risk of being in an accident, these energy storage systems should be analyzed thoroughly so that the risk of failure or serious damage during accidents is minimized. In this research a three-dimensional finite element simulation of a cylindrical battery cell is performed to study the behavior of the cell under various loading conditions. Li-Ion batteries consist of very thin layers of anodes, cathodes and separators that are packed into a cylindrical-spiral shape. This non-homogeneity nature of the battery cells makes the finite element explicit model very complicated. In this study, a homogenized 3-D model of the cell has been developed that is more suitable for explicit high-strain-rate transient analyses. Another model using layered solid or thick shell elements was generated. For the latter, partially two-phased homogenized material properties were used. Three different configurations are considered to analyze the battery packs: an indentation test with a rigid tube, longitudinal crushing between rigid plates, and transverse crushing. Results from these numerical simulations were consistent for models with thick shell elements and homogenized models.

Offshore floating platform configurations often consist of geometrically simple and symmetrical shapes which are made complicated by the presence of appurtenances such as helical strakes, tendon porches, steel catenary riser (SCR) porches, pipes, chains, fairleads and anodes on the surface of the hull. Previous studies mainly on spars show that these hull external features affect the Vortex Induced Motion (VIM) performance of the platform significantly. This is to be expected since VIM is controlled by the flow separation on the hull surface and the resulting vortex shedding patterns. Scale effects may also play a role in model tests for bare cylinders or hulls with bare cylindrical columns, whereas previous studies have shown less Reynolds dependence when appurtenances are modelled. This study investigates the effect of hull appurtenances on VIM of a multi-column floating platform, i.e. a Tension Leg Platform (TLP) designed for Southeast Asian environment. Significant difference in VIM behaviors is expected between spars and TLPs since the column aspect ratios are very different and TLPs do not have helical strakes that are commonly fitted on spars. Model testing and Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation are used in this VIM study, with the former being the emphasis of this paper. Descriptions of the respective experimental and numerical methodologies are presented and the comparison of the results is made. Further work required to improve the model test set-up and the CFD simulation are suggested. From this study, it is shown that the effect of appurtenances on TLP VIM simulation is important and must be taken into account to obtain realistic results.

Solid oxide fuel cells are being developed for integrated gasification combined cycle hybrid power systems. It is therefore necessary to evaluate the coupled temperature and concentration profiles for SOFC anodes exposed to coal syngas. In this work the SOFC anode was treated as a porous composite of 50/50 (volume) Ni / YSZ. Porous transport was modeled using the dusty gas model (DGM) and included two pore reactions, namely water gas shift and steam reforming of methane. The thermal transport model considered heat exchange by radiation between the interconnect and SOFC surface, convective transfer from bulk gas flow over the anode, heat generation terms due to pore reactions, and heat generation terms at the electrolyte boundary due to electrochemical reactions, ohmic heating, and concentration polarization. Composition profiles throughout the porous anode were considered for the DGM alone and were compared to the DGM including energy (DGME). The cases examined were for current densities ranging from 0.000–0.750 A/cm2 and for pressures from 1–19 atm absolute. Simulation results predict that the average cell operating temperature will increase 10 to 60°C relative to the furnace wall with inclusion of the energy equations. However, the thermal gradients within the anode are small due to the good thermal conductivity of the Ni-based anode. The effect of inclusion of energy transport on the hydrogen concentration profile is mixed depending on the independent parameter considered, with relative insensitivity to changes in the current density, but modest sensitivity to changes in operating pressure. Consideration of the thermal transport is important for determination of the interaction of coal syngas trace species with the anode, but is less critical for material stability.

The anode baking process is developed and improved since the 1980s due to its importance in Aluminium industry. The process is characterized by multiple physical phenomena including turbulent flow, combustion process, conjugate heat transfer, and radiation. In order to obtain an efficient process with regards to quality of anodes, soot-free combustion, reduction of NOx and minimization of energy, a mathematical model can be developed. A mathematical model describes the physical phenomena and provides a deeper understanding of the process. Turbulent flow is one of the important physical phenomena in an anode baking process. In the present work, isothermal turbulent flow is studied in detail with respect to two turbulence models in COMSOL Multiphysics software. The difference between wall boundary conditions for these models and their sensitivity towards the boundary layer mesh is investigated. A dimen-sionless distance in viscous scale units is used as a parameter for comparison of models with and without a boundary layer mesh. The investigation suggests that the boundary layer mesh for both turbulence models increase the accuracy of flow field near walls. Moreover, it is observed that along with the accuracy, the numerical convergence of Spalart-Allmaras turbulence model in COMSOL Multiphysics is highly sensitive to the boundary layer mesh. Therefore, development of converged Spalart-Allmaras model for the complete geometry is difficult due to the necessity of refined mesh. Whereas, the numerical convergence of k-ε model in COMSOL Multiphysics is less sensitive to the dimen-sionless viscous scale unit distance. A converged solution of the complete geometry k-ε model is feasible to obtain even with less refined mesh at the boundary. However, a comparison of a developed solution of k-ε model with another simulation environment indicates differences which enhance the requirement of having converged Spalart-Allmaras model for complete geometry.