摘要：铝电解槽是铝冶金工业的重要生产设备,随着国内外电解铝工业的迅猛发展,能耗低、环保、高效的铝电解槽成为了重点的研究对象。在电解铝工业生产过程中,铝电解槽内熔体流动状况和稳定性是铝电解槽运行性能的关键性影响因素,与铝电解槽的电流效率密切相关,对其的研究将对铝电解槽的设计和生产指导具有重要意义。本文针对国内对铝电解槽研究的局限性和不足,在铝电解槽电磁流耦合计算模型的基础上对熔体流场进行了稳态计算,重点研究了铝电解槽内的熔体流动规律,在考虑流场和电场相互作用的前提下建立了铝电解槽磁流体计算模型,提出了一种阳极预热的方法优化角部换极。本文的主要研究内容如下：(1)针对某厂175kA铝电解槽,建立了铝电解槽电磁流场顺序耦合计算模型,对标准工况下的电流分布、磁场分布和熔体流动状况进行了数值仿真计算,并对模型进行了验证。(2)在铝电解槽电磁流耦合计算模型的基础上,分别计算了不同工况下的电磁场分布,然后将电磁场计算得到的电磁力导入流场模型中计算了铝电解槽内的稳态熔体流动。计算结果表明：在不考虑界面变形对电磁场的影响时,不同方向的磁场作用下的熔体流速场是不一样的；极距对熔体流速影响不大,极距的过高或过低都会导致界面变形量的增加；随着铝液高度的增加,铝液流速有微弱的增大,铝液高度过低引起水平电流的增大,会导致界面向上变形增加；换极对流场影响较大,不同部位的换极对铝电解槽的溶体流动影响是不同的,角部阳极更换相对于其它位置的阳极更换对熔体流动扰动的更大,垂直磁场和水平电流的共同作用是导致熔体流场变化的原因；最后根据稳态模型模拟了不均匀电流分布下的熔体流动,表明不均匀电流对铝电解槽内熔体影响较大。(3)基于麦克斯韦方程组和N-S方程建立了铝电解槽磁流体计算模型,实现了电磁场和流场的双向耦合计算。应用本模型分析了x方向磁场作用下的磁流体流动,计算结果表明：在x方向磁场作用下出电侧换极影响比进电侧换极大；极距的降低会导致铝液界面波动和隆起,极距的增加会加强铝电解槽的熔体流动稳定性；磁场强度的增大会加剧铝电解槽内熔体的波动。(4)根据铝电解槽稳态计算结果,针对角部换极引起的铝电解槽生产过程中的熔体流动不稳定性,提出了预热槽的优化方案。对优化方案分别进行了计算和比较,得出了最终的预热槽阳极布置方式。