铜电解精炼和铜粉电解是两种有代表性的电化学沉积工艺,前者是为了将粗铜提纯,后者是为了得到粉末状的铜产物。铜电解精炼的发展方向是进一步提高电流密度以提高产能,铜粉电解的发展方向是进一步降低直流电耗以提升产品竞争力,而极间射流是实现这两者目标的重要手段。本文针对铜电解精炼工艺的特点,建立了描述电解槽内宏观传输现象的数学模型。通过数值模拟,研究了传统进液方式下电极间的自然对流现象,分析了极间射流对阴极浓度边界层的影响规律。通过实验研究,明确了极间射流条件下高电流密度铜电解精炼阴极铜表面质量的变化特征,分析了极间射流对铜粉电解能耗与性能的影响规律。本文的研究内容和取得的主要成果如下:（1）根据铜电解精炼过程电解液传输行为的特点,基于Boussinesq近似,建立了描述电解液流动与传质以及漂浮阳极泥运动轨迹的数学模型,设计了铜电解精炼湍流自然对流单元实验,并用实验数据验证了数学模型及其求解方法的正确性。通过对比四种典型湍流模型对求解铜电解精炼自然对流现象的适应性,发现SST k-ω湍流模型的计算结果最为准确,且计算成本较低。（2）基于所建立的铜电解精炼过程流动与传质数学模型开展数值模拟研究,采用工业电解槽的实测数据验证了数学模型及求解方法的正确性,并进行了网格独立性验证。研究表明,在传统进液方式下阴极附近的铜离子浓度较低,电解液向上流动;阳极附近的铜离子浓度较高,电解液向下流动;阴、阳极之间的电解液流动主要受这种自然对流控制;阴、阳极浓度边界层厚度均随电流密度的增大而减小。铜电解精炼湍流自然对流条件下的特征数方程为:Sh_x=0.592Ra_x^*1/5,（δ_C）/x=3.32Ra_x^*-1/5,（u_mx）/D=0.856Ra_x^*2/5,τ/x=1.68Ra_x^*-1/5（3）基于铜电解精炼电解液传输行为的数学模型,研究了极间射流对高电流密度下电解液流动与传质以及漂浮阳极泥运动轨迹的影响。结果表明,极间射流速度为2.0m/s时,喷嘴位置上方的阴极表面铜离子浓度明显增大,且阴极浓度边界层厚度明显减小。极间射流条件下,随着电解反应的进行,喷嘴距阴极的距离变小,部分射流受阴极阻挡未能进入极间间隙,减弱了搅拌效果,导致阴极表面铜离子浓度逐渐变小,同时浓度边界层厚度逐渐变厚。漂浮阳极泥颗粒在射流的作用下,随主流股向上浮动,射流位置越靠近底部,阳极泥上浮越困难。（4）以表面粗糙度及其标准差衡量阴极铜的表面质量和均匀性,在实验条件下研究极间射流对高电流密度铜电解精炼阴极铜表面质量的改善效果。结果表明,在传统进液方式下,阴极铜表面粗糙度随着电解时间的延长而急剧增大。电解时间从1h增加到5h,阴极铜表面粗糙度从1.3μm增加到8.2μm;增大电解液循环流量,对阴极铜表面质量的改善效果有限。在单侧单排射流进液方式下,随着电解液循环流量的增大,阴极铜表面的毛刺减少,表面变得平整且晶粒减小。喷嘴位置位于阴极有效面积高度方向的中心时,射流对阴极附近电解液搅动最充分,阴极铜的粗糙度及其标准差最小。（5）针对电解法制备铜粉,通过单因素实验和响应面分析研究了工艺参数对直流电耗的影响规律。结果表明,增大电解液Cu²⁺浓度、提高电解液温度和延长电解时间,有利于降低铜粉电解过程的槽电压和提高电流效率,从而减少直流电耗。采用Plackett–Burman法筛选出影响铜粉电解直流电耗的5个显著因素为:电解液温度（A）、铜离子浓度（B）、硫酸浓度（C）、极间间隙（D）、电流密度（E）。采用Box-Behnken实验设计,通过响应面分析构建了铜粉电解直流电耗(Y_PC)的预测模型如下:Y_PC=1112.67-1.9687A-88.709B-6.5444C（10）29.391D（10）0.6328E-0.1688AD-0.00399AE-0.46701BD-0.01055BE-0.10CD-0.001058CE（10）0.00634937DE（10）4.14837B²（10）0.033301C²（6）在实验条件下研究了极间射流对铜粉电解过程直流电耗、形貌和松装密度的影响规律。结果表明,在传统进液方式下,循环流量对能耗和松装密度的影响很小,获得的阴极电积铜粉具有蜂窝状外观,颗粒微观形貌为分散的树枝状;极间射流能大幅降低电解铜粉的能耗,相比传统进液最大降幅达37%。然而,极间射流使射流区铜粉紧贴于阴极,不再具有蜂窝状的外观形态,在微观结构上铜粉由分散的树枝状变成紧凑、圆润的大块枝晶,且铜粉的松装密度增大明显。综上所述,本文从数值模拟和实验研究出发,分析了极间射流对铜电解过程传输现象的影响,明确了极间射流条件下铜电解精炼阴极铜的质量变化特征,研究了极间射流对铜粉电解直流电耗、铜粉形貌及松装密度的影响规律。论文的研究为提高铜电解精炼电流密度和降低铜粉电解直流电耗提供了理论依据和实践基础。