铝电解槽的热电场对铝电解槽的生产操作、电解槽寿命、电能消耗和电流效率产生巨大影响，但是实际生产中，由于电场分布很难直接测量到，因此铝电解槽热电场分布的数值模拟研究对铝电解槽设计和电解铝生产具有重要意义。本文利用大型有限元软件ANSYS，以300kA铝电解槽为研究对象，建立了铝电解槽的全槽切片模型，并利用该模型研究了铝液中电流的分布规律，并针对铝电解槽金属铝液中存在较大的水平电流的问题，对国内几种典型的能够降低铝液中的水平电流的阴极导电结构进行了优化设计并提出两种改进的阴极结构。　　主要结论如下:　　(1)利用ANSYS建立了电解槽全槽切片热电模型并计算分析了传统阴极结构下铝电解槽电场分布情况，得出了铝液中电流的分布规律:铝液中存在较大的水平电流，在铝液各层水平电流的变化趋势几乎相同。最大水平电流密度可达到11350A/m2，位于阴极炭块约1m处（以电解槽中心线为零基准线），在中间通道位于金属铝液上层存在一个较小的逆向水平电流密度，峰值为1007 A/m2，而在侧部通道处存在较大的逆向水平电流，峰值为5765.4 A/m2。　　(2)对三种不同结构阴极导电棒进行了优化:　　a.开缝钢棒对铝电解槽水平电流的减小效果显著。经过优化设计后，缝的最优尺寸为:长1201mm，厚7.97mm。缝端部与钢棒进电端部的距离为593.4mm，风底部离钢棒底面的距离为171.5mm，对应水平电流密度的最大值为1526.8A/m2。　　b.钢棒上表面带有绝缘扎糊的阴极钢棒结构对电解槽的水平电流的减少效果非常有限。　　(3)提出了两种新型阴极结构的方案:　　a.钢棒上表面开绝缘槽的阴极钢棒结构。绝缘槽的最优尺寸为:长1009.2mm，厚21.1mm。绝缘槽内端部离钢棒进电端的距离为673.7mm，对应水平电流密度的最大值为1319A/m2。　　b.钢棒上表面和两侧都带有绝缘扎糊的阴极钢棒结构。绝缘扎糊的最优长度为820mm，绝缘扎糊内端部与钢棒进电端的距离为742mm，对应水平电流密度的最大值为1777.7 A/m2。