风口回旋区的形状和大小决定了高炉及COREX熔化气化炉中煤气的一次分布,反映了焦炭的燃烧状态,是炉况顺行的基础,在冶炼过程中起着十分重要的作用。高炉风口喷吹的是高温空气,而COREX熔化气化炉风口喷吹的是常温纯氧,氧气动能比高炉的鼓风动能小,同时冷态氧气进入炉内发生热膨胀,两者同时作用会影响到风口前缘固体物料的运动,因此有必要对COREX熔化气化炉能否形成回旋区,及形成后的形状、大小及边界进行研究。COREX熔化气化炉风口回旋区的物理化学过程与高炉具有相似之处。目前关于COREX熔化气化炉风口回旋区的研究较少,而对高炉风口回旋区的研究相对较多,主要从理论分析、检测风口回旋区、解体研究、物理模拟和数值模拟五个方面进行的,本文在借鉴高炉回旋区研究成果的基础上,从理论分析、物理模拟和数值模拟三个方面对回旋区进行研究,最后用分形理论对回旋区边界进行了界定,可以为后续计算风口回旋区与填充床的传热传质提供准确的参数。首先根据颗粒自由沉降速度与风口前出口气体速度之间的关系判断了COREX熔化气化炉内是可以形成风口回旋区的,然后根据射流理论得到风口回旋区空腔的理论深度,且回旋区深度与风口直径、入口气体速度和风口前料层结构有关。根据1：20的几何相似比建立了COREX熔化气化炉风口回旋区的物理模型。为了保证模型和原型中回旋区的相似,用相似理论推导了模拟COREX熔化气化炉风口回旋区的相似准数并确定了实验方案,用高速摄影仪记录了实验过程。通过物理实验,观察了回旋区形成过程,且观察到回旋区呈椭圆型；将高速摄影仪获得的图片进行数据处理,获得了回旋区内颗粒运动轨迹和不同条件下回旋区内颗粒的坐标及速度值。数值模拟中,以商业软件FLUENT为平台,用双欧拉和CFD+DEM两种方法对风口回旋区进行了研究。用Eulerian-Eulerian方法模拟了COREX熔化气化炉风口回旋区的形成过程；利用UDF将DEM程序编译进FLUENT,从而实现了DEM与CFD的耦合,对回旋区内颗粒的运动分布规律进行了模拟研究,得到了回旋区颗粒速度和空隙度。运用分形理论来研究回旋区边界,通过数盒子法得到不同速度时回旋区颗粒速度等值线的分形维数,根据分维数的变化规律,在本文中,将以大于等于0.15m/s速度做等速度云图来确定回旋区的大小,颗粒速度小于0.15m/s的区域属于填充床。进而通过图像处理提取不同条件下的回旋区边界,运用分形理论,计算二维回旋区边界的织构维数,确定了回旋区边界的分形特征。取取回旋区为具有分形表面的三维旋转椭球体,山余维相加理论得出回旋区的表面分形维数,定量计算了回旋区的三维表面积。应用上述的分形理论方法定量计算了各个影响因素下的回旋区表而积,讨论了吹气量、排料速度、床层高度等对回旋区大小和表面积的影响。结果表明,不同条件下,回旋区内表面边界的分维数变化不大；风口回旋区深度、高度和表面积随着吹气量的增大而增大；风口回旋区深度、高度和表而积随着床层高度的增大而减小；风口回旋区深度、高度和表面积随着排料速度的增大而增大。