铜电解精炼工艺是铜冶炼生产中的一个重要环节,而铜电解槽是铜电解精炼工艺中重要的设备,并且大型铜电解槽是当今铜电解工业发展的趋势。铜电解槽内会发生多种复杂的化学、电化学反应,该过程涉及传热、传质和导电等多种物理传递,其中互相影响的物理场有流场、电场、磁场、热场和压力场等。这些物理场对铜电解槽的生产操作、槽体寿命、能源消耗和电流效率等技术经济指标具有不同程度的影响,因此研究铜电解槽内各物理场的分布情况具有重要的意义。随着科学技术的发展,数值模拟技术逐渐成为冶金工艺设备优化研究领域的重要技术手段。利用计算流体力学(CFD)技术对冶金过程进行模拟与分析,可以十分逼真地描述冶金设备内的过程和现象。目前,国内对铜电解槽的数值模拟研究非常少,本研究针对这一情况,尝试利用CFD技术来研究铜电解槽内各物理场的分布情况与规律,为槽体的结构优化和设备生产提供一定的指导作用。本文以国内某厂铜电解槽为研究对象,采用ICEM软件构建了与之对应的几何模型,基于Fluent软件仿真平台,针对电解精炼过程的性质特点,选用能量模型、湍流模型和磁流体模型,按目前电解精炼典型工艺参数,对电解精炼过程进行了多场交互耦合数值模拟仿真研究,根据仿真计算结果,输出了槽体不同截面上的流场矢量图、流场流线图、电场电位云图、温度场云图、压力场云图等,研究分析了铜电解槽内各物理场的分布情况与规律,得出以下主要结论：1、槽内电解液流场分布大致可分为以下4种区域：(1)阴阳极板正下方区域：流经该区域的铜电解液约占总循环量的46%左右,该区域流动速度小,流速在5.4×10-4-6.3×10-4m/s之间。(2)阴阳极板侧端面至槽体侧壁面间的两侧区域：流经该区域的铜电解液约占总循环量的38%左右,流动速度相对较大,流速在9×10-4-2×10-3m/s之间。(3)阴阳极板间区域：在该区域中,电解液以弧线状从(1)区自下而上地流向(2)区,其流量约占总循环量的16%左右,流速在2.5×10-5-1.5×10-4m/s之间；由此可见,该槽体电解液的循环利用率较低,若要进一步提高电流密度,需改进槽结构,提高循环利用率。(4)槽体角落区：电解液流场呈漩涡状流动。2、温度场分布：阴阳极板间的电解液温度比其他区域温度高0-5℃,从中心区域位置至极板端部,温度逐渐下降；其它区域温度分布均匀,温差很小。3、电场分布：阴阳极板表面大体为等势面,极板间电场梯度分布均匀,从极板各端面至电解槽内壁间的电场梯度变化较大。4、铜电解槽内的压力从入口端处至出口端逐渐降低,但变化不大,在进液出口挡板处压力呈同心圆状降低。