铝电解槽是工业炼铝的核心设备,其工作性能决定了铝电解工业的整体技术水平。在工业生产中,槽内熔体运动直接影响铝电解槽的工作性能,建立先进可靠的铝电解流体模型实现对槽内熔体流动行为的准确解析对于大型铝电解槽的优化设计以及生产工艺的改进有着十分重大的意义,亦是铝电解工业实现进一步提效节能目标的重要基础之一。本文在“863”计划、“973”计划以及国家自然科学基金项目的资助下,针对当前国内外铝电解流体建模研究中存在的铝液和电解质流场分开计算、电流效率分析未联系熔体运动、气泡影响未深入考察等缺陷,开发出一套较完善的与工业体系相符性好的铝电解流体计算模型,并成功将其应用于实际铝电解槽的熔体运动及电流效率分析。本文的主要创新点及研究成果如下：(1)从充分考虑槽内各相流动的联系和熔体运动的整体性出发,建立了铝电解槽铝液-电解质-气泡稳态三相流非均相模型,实现了一个模型下全域流场及铝液-电解质界面分布的一体化数值解析。应用三相流模型对实际工业铝电解槽的全槽流动进行了稳态研究,结果表明,电磁力和阳极气泡搅动作为槽内流体的两种主要驱动力,前者趋向于形成大涡环流,而后者趋向于形成以阳极为单位的小涡环流,由于所受驱动力的差异,铝液和电解质的流场呈现不同特征,另外,在气泡作用的影响下,铝液-电解质界面上存在较清晰的阳极投影区。(2)基于铝电解电流损失机理分析,并结合多相流相间传质理论,建立了联系熔体流场的电流效率全域解析模型,实现了大型铝电解槽电流效率及其在槽内具体分布的理论计算。应用本模型分析实际工业槽的电流效率,结果表明,由于工业槽内阴极电流密度和流体湍动能耗散率的区域性差异,阳极下方区域的电流效率明显高于槽内其它区域。(3)根据铝电解槽内流体体系的浅水特征,建立了适用于铝电解槽瞬态流动分析的非线性浅水模型,实现了槽内铝液流场、电解质流场以及铝液-电解质界面波动的瞬态数值计算；在此基础上,将阳极气泡作用有效引入非线性模型,进一步提高了瞬态计算的可靠性。基于非线性模型的瞬态研究表明：减小极距,铝液-电解质界面波动由稳定趋向于不稳定；减小铝液中的垂直磁场能显著改善磁流体稳定性；阳极气泡能削弱电解质-铝液界面的瞬时波动,但同时增大了铝液-电解质界面稳定后的变形程度。