针对目前高炉渣粒化处理过程中余热回收利用率低,水资源消耗大,设备维修工作量大的问题,设计一种新型的高炉渣粒化和余热回收的装置,简称为高炉渣粒化发动机。对高炉渣粒化发动机设计和仿真,对高炉渣粒化开发应用具有重大的指导意义。本文提出高炉渣粒化发动机的工艺流程,确定了高炉渣粒化发动机的组成及工作原理,粒化发动机由六大部分组成,对离心加速器、水爆粒化器、叶轮做功、螺旋输送装置和做工转子的构造原理进行详细的阐述,确定高炉渣粒化发动机的总体方案;根据粒化发动机的工作原理,建立离心加速器结构参数数学模型和水爆粒化器的结构参数模型。结合实际工况,确定合理的结构参数;根据结构参数,采用ug软件进行建模,确定离心加速器和水爆粒化器的三维模型;最后根据安装位置和要求,对粒化发动机的其他各零部件结构设计和装配,建立结构合理的高炉渣粒化发动机的虚拟样机。根据高炉渣粒化发动机的工艺流程,确定高炉渣粒化发动机的工艺参数。首先建立渣处理生产率的物理模型,确定渣处理生产率Q与旋转角速度ω、熔渣流动距离R和管道截面积A之间的关系式,在选取合适的参数确定高炉渣生产率;然后分析水爆反应渣和水的换热过程,建立了渣和水的换热的热平衡方程,导出了水和渣换热中耗水量的公式;最后根据小直齿轮和大直齿轮啮合传动关系,建立叶轮转矩和转子力矩的转矩关系式,确定了转子力矩和发动机功率等参数公式,用于高炉渣粒化发动机性能的计算。建立中离心加速器的渣道出口压力和转速的物理模型,导出了渣道出口压力和转速的公式,确定了渣道出口压力与转速关系;基于fluent软件对离心加速器出口压力进行仿真,确定离心加速器的合理转子转速;最后分析转子转速和渣道截面高宽比对出口压力的影响,优化离心加速器模型,使熔渣在流动过程中不会产生回流现象,保证了熔渣流动的合理性。先分析高炉渣与水对流换热过程,导出了水爆反应渣和水的换热时间关系式,确定水爆反应时产生的蒸汽量,计算水爆反应后腔内的工作压力,用于比较离心加速器的出口压力,判断是否回流;最后建立水爆反应腔内水、渣和水蒸气的体积模型,用于水爆反应腔内容积的计算,确保不会因为容积过小,导致气体膨胀对零部件寿命产生影响。通过分析叶轮转矩与转子力矩的转矩关系,确定叶轮转矩和转子力矩的大小关系式;建立叶轮仿真模型,分析不同叶轮形状对转子力矩的影响,选择合理的叶轮形状;然后基于fluent软件对叶轮转矩仿真分析,确定可行的叶轮转矩的大小;根据叶轮转矩和转子力矩的大小关系式,确定合理的转子力矩,用于确定高炉渣粒化发动机的性能。