铝电解技术的飞速发展不仅对铝电解槽物理场的计算机仿真分析提出了更高的要求,而且对物理场仿真的高性能计算提出了更大的挑战。本文以铝电解槽磁场仿真计算为研究背景,针对当前铝电解槽磁场计算规模大,计算时间长这一问题,把并行计算技术结合有限元分析方法引入到磁场计算中,以提高磁场计算效率,节约铝电解槽计算机辅助优化设计时间,具有非常重要的研究意义。本文从磁场理论研究入手,结合铝电解槽实际情况,采用有限元方法对铝电解槽磁场的麦克斯韦方程组进行有限元分析。重点研究了三维静磁场的双标量位法,并将其应用到铝电解槽磁场的有限元分析中,得到了铝电解槽磁场的有限元方程组。同时,为了便于对磁场有限元方程组进行求解,引入了等参元分析方法。针对铝电解槽磁场有限元方程组的求解,研究分析了共轭梯度法,并结合有限元EBE (Element By Element)方法,对共轭梯度法中的主要计算式进行了EBE分析,得到了基于EBE的共轭梯度法。然后,为进一步提高方程组求解的收敛速度,选择了并行性好的Jacobi预处理技术,并将其运用到基于EBE的共轭梯度法中。随后,根据并行计算原理,确立了铝电解槽磁场的并行计算环境。采用ANSYS软件进行了铝电解槽磁场建模和网格划分的前处理过程,并利用APDL语言提取计算所需的各种数据信息。采用MPICH和C/C++语言,结合工具软件ANSYS和MATLAB,编制了铝电解槽磁场有限元并行计算程序。最后,在分布式内存并行计算平台上对铝电解槽磁场进行计算。结果表明,应用该方法计算铝电解槽磁场能够获得很好的加速比和较高的计算效率,并且计算误差小,能满足磁场计算的精度要求,充分验证了该方法的可行性。这不仅提高了铝电解槽磁场计算效率,为铝电解槽磁场仿真分析提供了一条新的有效途径,而且为铝电解槽其他物理场的仿真计算开辟了新的研究思路。