随着世界各国对低碳经济认识的不断提高,水泥生产中的能耗、污染及热能回收问题已逐渐成为全球水泥工业关注的焦点。篦冷机是水泥生产过程中最重要的工艺设备之一,水泥熟料在篦冷机内的换热过程直接关系到篦冷机的能耗、污染、热回收等问题以及水泥的质量。本文研究了水泥熟料的换热机理及整个熟料层的换热规律,其结论将为优化篦冷机工作参数、提高热回收率和节能减排提供一定的理论基础。首先,采用实验方法确定了表征水泥熟料堆积体宏观物理特性的最小单元即体特征元的尺寸,实验得到体特征元的尺寸。采用切片法和统计法获得了体特征元的二维模型,该模型给出了水泥熟料堆积体的详细的孔隙结构数据,为水泥熟料堆积体的换热机理研究奠定基础。然后,采用基于孔隙尺度的格子Boltzmann方法对体特征元进行模拟,得到了体特征元内空气的流场和温度场以及熟料颗粒的温度场分布规律,揭示了水泥熟料堆积体的换热机理,得到合理的供风风速区间,结果表明,熟料的堆积情况和孔隙度对冷却效果有很大影响。最后,对熟料层整体建立数学模型,并考虑局部非热平衡效应、热弥散效应、颗粒尺寸和变孔隙度对换热的影响,采用有限体积法对控制方程进行离散,基于SIMPLE算法进行求解,得到了熟料层整体的换热规律。通过和现场采集数据的对比,验证了模型的正确性。