铝电解槽内氧化铝颗粒有效分散和快速溶解是保持氧化铝浓度稳定和电解过程高效运行的关键因素。为了提高铝产量、降低电解能耗和减少污染物排放,铝电解槽不断向大型化、节能型、新型槽方向发展,在扩大阳极尺寸、减少极间距离和电解质容积的同时,使得有限下料混合区域内氧化铝颗粒溶解行为较差,进而导致实际工业槽内氧化铝浓度控制变得复杂。氧化铝颗粒溶解问题已日益成为制约现代铝电解技术发展的瓶颈。本文主要采用理论建模和数值模拟相结合的方法对400 k A工业铝电解槽内氧化铝结块形成及其分布特性、多物理场作用下氧化铝细颗粒/氧化铝结块溶解行为、多个下料周期内氧化铝输运特性等进行了系统研究。论文的主要研究内容和成果如下:（1）基于氧化铝颗粒质量守恒思想,采用概率统计方法并结合相关小尺度高温透明槽实验结果,对氧化铝结块尺寸、数量及质量等分布进行理论建模和计算,分析了氧化铝颗粒下料量、过热度以及氧化铝浓度等重要操作参数对其分布特性的影响。结果表明,随着氧化铝颗粒下料量增加,对应的氧化铝结块质量百分比减少,但形成的氧化铝结块总质量增加。氧化铝结块总质量与形成氧化铝结块质量比例随着氧化铝浓度增大而增大,随着过热度的提高而减小。（2）在获得工业铝电解槽内氧化铝结块粒径、数量及质量等分布基础上,采用欧拉-欧拉-拉格朗日耦合计算法对铝电解槽内多物理场、多相流作用下的氧化铝颗粒溶解行为进行数值模拟研究。模拟结果表明,电解质流场分布特征对氧化铝颗粒溶解与扩散行为、电解质温度分布以及氧化铝浓度分布规律等产生重要的影响。微米尺寸量级的氧化铝细颗粒的沉降速率明显小于毫米尺寸量级的氧化铝结块的沉降速率,导致部分氧化铝细颗粒无法快速沉降到电解质底部区域。氧化铝浓度分布及电解质温度分布及演变规律与多物理场作用下的三维流场结构、氧化铝颗粒运动、沉降及溶解行为有密切关系。当单个下料点的氧化铝下料量为1.6 kg时,氧化铝细颗粒主导的快速溶解阶段平均溶解速率为15.44 kg/min,氧化铝结块主导的缓慢溶解阶段平均溶解速率为1.65 kg/min。（3）通过对氧化铝溶解模型进行适当简化,获得不同下料量下氧化铝颗粒溶解速率函数,采用欧拉-欧拉气液双流体模型及计算方法对铝电解槽内多个下料周期和不同下料量下的氧化铝溶解与输运过程进行研究。结果表明,近似在第5个下料周期后,氧化铝浓度分布达到了相对稳定的周期性变化状态。不同下料量组合的氧化铝下料方案的氧化铝浓度标准偏差具有较为明显规律性。当氧化铝下料量总质量为9.6 kg时,靠近烟道端的下料点1、下料点6及两个大旋涡流场交叉区域的下料点3、下料点4的下料量均为1.8 kg,两个大漩涡中心区域的下料点2和下料点5的下料量均为1.2 kg,是综合评定下的最优氧化铝下料方案。