高炉是个内部机理复杂、影响因素众多的“黑箱”系统。实验手段受限于操作成本高和信息获取难度大,很难满足目前研究高炉布料过程的需要。因此,基于离散介质的离散单元法（Discrete Element Method,DEM）逐渐受到重视,其能获得丰富的颗粒尺度信息,这对于深入研究高炉至关重要。在实际应用中,高炉炉料为形状多样的非球形颗粒,但目前的研究多把炉料简化为球形颗粒,这不利于对高炉布料过程的进一步了解。因此,建立能够模拟高炉布料规律的非球形DEM模型不仅具有较大的科学意义,而且也具有十分重要的工业应用价值。针对上述情况,本文建立了基于超椭球、组合球和多面体的非球形DEM模型用于研究高炉布料过程,并搭建了无钟式高炉布料的实验装置以验证非球形DEM模型。主要研究内容及结果如下:（1）研究了超椭球模型描述非球形炉料布料过程的可行性。根据真实颗粒的形状和粒径分布,使用超椭球模型对非球形炉料进行了DEM建模。通过对比实验与DEM数值模拟间料斗排放过程的颗粒流动行为及床层堆积状态,证明在预测真实颗粒行为上,超椭球颗粒相较于球形颗粒的模拟精度更高。本研究进一步搭建了无钟式高炉布料装置,该设备与真实高炉结构等比例还原。通过对比实验与模拟的结果,研究发现当超椭球颗粒选择合适的形状指数时,DEM能较准确复现高炉布料过程中的颗粒流动特性、床层堆积状态等。此外,本研究还对料床的配位数、接触力链和孔隙率分布等颗粒尺度的信息进行了研究。（2）探明了不同类型的组合球模型对非球形炉料布料过程的影响。本研究对真实颗粒进行了三维建模,并使用了组合球模型对非球形炉料进行了形状拟合。控制颗粒外轮廓的组合球模型无法复现真实颗粒的行为规律,而控制体积相等的组合球模型表现出与实验结果较高的一致性。在此基础上,探究了组合球模型的形状拟合精度对模拟精度的影响,并得到了用于描述真实炉料最优的组合球模型参数。研究发现增加子球体数量并不能提高模拟精度,反而会降低计算效率。（3）评估了不同还原程度的多面体模型对非球形炉料布料过程的预测精度。研究表明多面体模型通过增加面数可以在炉料分布和孔隙率等特征上得到更佳的模拟精度,但计算效率大幅度降低。本文还基于多面体DEM对工业尺度的高炉布料过程进行数值模拟,探究了炉顶料流轨迹及料流宽度、炉料落点及分布范围、单环和多环布料炉料分布,层间渗流和孔隙率分布等现象,该研究还加入了增加滚动摩擦的球形颗粒模型,探讨通过球形颗粒预测多面体颗粒布料行为的可行性。综上所述,本文建立了基于多种非球形颗粒模型（超椭球、组合球及多面体）的DEM模型,对高炉布料过程进行了研究,并通过对比实验与模拟的结果,对不同非球形颗粒模型模拟非球形炉料布料过程的可行性及性能优劣进行了评估,提出了满足不同模拟要求的颗粒模型解决方案,为高炉布料工艺的优化提供了理论与技术支撑。