煤矿用热风机组主要用于冬季矿井供暖,其有着热惰性低、热效率高、节能环保的优点。由于目前缺乏对于热风机组换热过程的相关研究,导致产品设计上较为粗放,热风炉的结构以及加热管排布有着诸多不合理之处。同时,为了节省空间,炉体往往采用U型设计,导致流道产生滞止区,出现了加热管表面超温等情况,影响热风炉寿命。本文利用CFD方法,以实际某热风机组为原型,探究了不同工况参数以及不同结构情况下炉体的换热效果,得到了一些规律。通过研究发现,由于U型设置,导致上层空气在经过U型口处会直接冲击到炉体底部,同时底层加热管形成屏障造成阻挡,使得空气无法上升与其它几层加热管进行换热,直接经出口流出,形成大量逃逸流。炉体本身的出口偏心设计,导致非偏心侧空气在出口处受到偏心侧空气的冲击,回流至加热管区域,进行二次加热,提高了空气与加热管的对流换热作用。因此,出口的高温空气主要源于这部分回流。此外研究了环境温度、流量、功率三种工况参数对于热风炉换热的影响。其中,由于功率一定,环境温度对于空气的温升无明显影响。流量和功率共同影响温升,其中随着功率的增加温升近似线性提高,而随着流量的增加,温升下降的速度先变慢后变快。再者研究了出口偏心率以及管节距两种结构参数对于温升的影响。发现提高偏心率,炉体的温升和压差先降低后升高,温升最大可提高7.5%;空气最高温度最大可减小8.7%。此外通过增加管节距可以提高换热效率。其中纵向节距从17mm增加至25mm,加热管对流换热系数提升11%,温升提高7.2%,空气最高温度下降14%,壁面最高温度下降7.9%;横向节距从45%增大至65%,加热管对流换热系数提升12.6%,空气温升提高16%,空气最高温度下降16.3%,壁面最高温度下降15.6%。基于以上研究对炉体进行优化设计,分别在U型口、底部以及两侧设立导流板。最终采用最优方案进行设计,相比于原始方案,加热管壁换热系数提高44.5%,空气温升提升8.5%,压差提高3.1%,空气最高温度下降32%,壁面最高温度下降24.1%,炉体的换热效果有了明显的提升,有效避免了超温等现象,提高了加热炉寿命。