造粒设备在石油化工行业里是必不可少的加工设备,而水下切粒机是挤出造粒加工设备中的新型设备,具有生产效率高,颗粒产品质量好等优点。随着石化加工行业的快速发展,水下切粒机也越来越大型化,以此来进一步提高产量。而目前水下切粒机还存在理论研究不足、机理不清而产生的结构设计不合理或操作参数设置不当等问题,导致运行中出现了各种问题而无法解决,甚至机组连锁停车,带来巨大的经济损失。本文开展水下切粒机水室流动特性、粒子运动轨迹以及切刀在水室中受力的研究,构建了切粒水室的三维非等温流场模型,对水下切粒机常见的切粒堆积、缠刀以及切刀磨损严重或断裂等问题的原因进行流体动力学探讨。模拟软件选用了FLUENT,湍流模型采用了Realizable k-ε模型,混合模型采用了DPM模型(离散相模型)。本文的主要研究内容及结论如下：(1)切粒水室入水口处会形成射流,为探究不同射流位置对流场和切粒轨迹的影响,设计了三种不同的入水口。通过数值模拟分析发现优化径向入口的设计能够使切粒排出效率更高,也不容易发生粒子滞留。(2)对比切粒排出情况和流场的各种数据,发现切粒水室内大漩涡不利于切粒的排出；外高内低的切向速度,会使切粒水室外围压力高,内部压力小,导致切粒受到朝向切粒水室中心的压力梯度力,也不利于切粒的排出；另外,高的湍流强度,有利于切粒的分散,对切粒的排出有利。因此,在做切粒水室结构设计时,可以考虑如何防止大漩涡的出现,并且通过湍流打乱外高内低的切向速度分布。(3)通过对切粒水室出水口的流场分析发现出水口角度的变化对切粒排出效率影响并不大。(4)采用未开孔刀盘结构的切粒水室流场模拟中发现,刀盘和模板中间区域会形成低压区,部分切粒会在压力梯度及涡流的作用下向这部分区域汇集,出现无法排出的情况。采用三种刀盘开孔结构,水流可以直接通过刀盘上的开孔冲入切粒水室低压区,在一定程度上打乱原本的涡流,利于水和粒子的输送排出。(5)进行了切刀在流场中受力情况的研究,得到了切刀切粒过程中受到流场作用的切向力和切粒产生的切向力,并计算了扭矩。(6)得到了转速、切刀数量与轴向力的关系式。为进刀压力的修正提供了重要的理论依据。