镁电解槽运行过程中存在电场、磁场、流场、温度场、浓度场和应力场，六场复杂耦合关系的综合效果，决定了电解槽的电流效率、直流电耗以及阳极和电解槽的寿命。电解槽电流强度越大，物理场对电解槽运行的影响程度越大，物理场优化是制约熔盐电解槽大型化的关键技术问题，也是熔盐电解领域研究的热点。随着镁电解槽大型化的发展趋势，镁电解槽物理场的优化已成为当务之急的课题，然而，在熔融盐电解槽物理场的研究中，镁电解槽的物理场研究几乎为空白。 本文采用冷模实验和数值计算相结合研究镁电解槽内的电磁场和流场，以期初步探明镁电解槽内部物理场之间的作用规律以及各个物理场对电解过程的影响。 根据几何相似、动力相似、运动相似和化学反应相似准则建立了电解硫酸锌和硅油氩气冷模实验系统，通过激光粒子测速仪(PIV)测定冷模实验过程流场分布，研究了流场的影响因素。实验表明阳极气体喷射角为9°左右，且喷射角不随阳极形状而改变；随溶液的粘度和表面张力的增加，离散相的粒径减小：对电极表面进行凹槽处理，可以有效减小极距，最小极距达到26mm；电极之间的熔体流动速度呈锥状分布，最大速度为110mm/s；随电流密度的增大，电解质运动加剧，电极之间的漩涡向阴极移动。 采用顺序耦合法对镁电解槽内部电磁场和流场进行耦合计算，电场分布作为磁场分布的输入。通过ANSYS计算表明，电解室内电场以垂直于电极表面方向的分量为主；磁场沿电解槽纵向呈对称分布，由端部向中间逐渐减小；洛伦兹力沿电解槽纵向对称分布，边角处的洛伦兹力最大，最大值为0.0135N；电解室隔墙下面洛伦兹力方向由集镁室指向电解室内部；洛伦兹力在集镁室中几乎为零。 通过质量守恒、动量守恒定律推导建立了镁电解槽内部流场的控制方程，选用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型全面描述了多相流的流动特性，利用冷模实验结果验证数学模型的正确性，通过添加洛伦兹力为动量源项耦合磁场对流场的影响。对Fluent计算所得到的流场进行分析可知，电解质循环整体上沿电解槽对称分布，电解槽中间一组电极之间电解质平行于电极表面运动，这样的电解质循环可以有效将液态镁输送到集镁室；其他电极之间的电解质循环不平行于电极表面，向电解槽边壁处偏转；隔墙附近电解质运动速度最大，电解室和集镁室内电解质速度随着远离隔墙逐渐减小，速度最大值的位置在电解室内隔墙表面处，达到164mm/s。 电解槽结构的最优设计应该是保证电解质循环平行于电极表面；改变边壁处电解质循环，消除其对电解槽流场的不利影响。