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稀土电解槽结构及电解技术与铝电解相比存在能耗高、污染大、自动化程度低等问题，开发新型节能环保底部阴极稀土电解槽与电解技术是推动稀土产业发展的重要课题。本论文借鉴铝电解槽的槽型结构，对10kA底部液态阴极结构的新型稀土电解槽电场、流场及温度场进行了数值模拟，为新型底部液态阴极稀土电解槽的优化设计提供理论依据。 设计了新型10kA圆形底部阴极结构稀土熔盐电解槽。通过选取合理的电解工艺参数和电解槽结构参数，建立电解槽阳极、阴极和熔体的电场数学模型;对设计的底部阴极电解槽的电场进行数值模拟，得到电解槽内电位和电场分布;并对阴极半径和极距对槽内电位分布、电流分布及熔体压降的影响进行了研究，得出阳极底部与阴极之间的区域，电位等势线最为密集，电位等势线平行分布，电位梯度最大，电流强度也最大。说明阴、阳极之间是电解的主要发生区，有比较均匀的电流通过;阳极侧面与槽壁之间的区域，电位等势线稀疏，电流强度小，对电解生成金属只起到微弱作用。保持极距不变，随着电解槽阴极半径逐渐增大，阳极底部与阴极之间的压降降低，电流强度基本保持不变，说明增大阴极半径，可以降低槽电压，对稀土电解槽的节能降耗是有利的。此时，底部阴极边缘与阳极侧部电位等势线更加稀疏，压降增大，电流强度明显减小，将使电解槽边缘产生的热量减少，这说明控制一定的条件，可以实现在稀土电解槽边部形成电解质壳，降低电解质对炉衬的腐蚀，对延长稀土电解槽的寿命和提高稀土金属的纯度具有重要意义。阴极半径保持不变，随着极距逐渐变小，阴、阳极之间电位等势线较密集，阴、阳极之间的压降降低，电流强度较大，由此可见，减小极距可以强化电解过程，降低槽电压，在保证电解温度的条件下，降低极距是实现稀土电解节能降耗的重要途径。同时，随着极距的变小，阴极边缘部分与阳极侧面的电位差减小，但电流强度增大，因此可能在槽底边缘部分出现过热，不利于电解质边壳的形成。为了能够实现稳定边壳的形成，可适当增大阴极的直径。 对设计的电解槽进行了热平衡计算，建立了温度场数学模型，通过对两种槽型温度场的模拟结果分析，得出电解槽内最高温度出现在阴、阳极之间的电解区域，说明该种电解槽内电解过程中产生的焦耳热能够满足电解的温度要求。电解槽内的低温区域在电解槽底部边缘及槽壁部分，这是由于炉壁的热量损失导致此处温度偏低，可以说明通过设计合理的电解槽结构、选用合适的保温材料及控制合理的工艺条件，可以实现在槽体底部边缘和槽壁形成一定的结壳，对提高稀土金属的质量和延长电解槽的寿命具有重要的意义。 利用FLUENT软件模拟计算了有无接收器两种结构的电解槽中的流场分别随极距的变化规律，阳极底掌产生的气体对阴、阳极间电解质的扰动很小，这有利于阴极表面析出金属的收集，减少金属的二次氧化;阳极侧壁和槽壁间的电解质大循环会加速氧化钕的溶解，溶解后的氧化钕会被带到阴、阳极间参与反应，使生产过程顺利进行。 通过对底部阴极结构电解槽电场、温度场及流场模拟计算及综合分析，说明底部阴极稀土电解槽与上插阴极电解槽相比，槽电压大大降低，温度场分布合理，电解过程稳定，在节能降耗、提高稀土金属的质量和延长电解槽的寿命方面有巨大的优势，槽半径为64cm、极距为12cm、有接收器的底部阴极结构的电解槽较为理想。