辊底式加热炉是钢铁厂非常重要的钢材加热设备，炉底辊的主要工作是在高温环境中运送钢坯，是辊底式加热炉的重要组成部分，它是辊底式加热炉能正常工作的关键部件。使用计算机模拟软件FLUENT和workbench对炉底辊运送钢坯过程中辊内冷却水的流场、温度场和辊身温度进行模拟研究，从而优化炉底辊结构，减轻其重量，对节约辊底炉的生产成本有非常重要的意义。首先，论述辊底式加热炉炉底辊结构优化课题的研究背景，介绍炉底辊的结构和冷却水的特点及作用，分析国内外对炉辊的研究现状和今后主要的研究方向,同时对研究本课题将会用到的软件进行了简单的介绍。其次，以某单位用于钢管加热的辊底式加热炉炉底辊为研究对象，编写优化函数，利用MATLAB优化工具箱对炉底辊进行优化，得出一组合理的辊径和壁厚值，为之后的模拟奠定基础。然后，用数学的方法对冷却水的湍流模型、炉底辊和冷却水的传热理论进行了阐释，确定炉底辊温度场仿真分析所需要的传热学方程及边界条件。利用workbench软件建立炉底辊的几何模型，明确炉底辊辊径和壁厚的数值。依据流场分析的结果，结合流体的能量控制方程，利用FLUENT软件分别对直接水冷辊和间接水冷辊的冷却水以及炉底辊的温度场进行模拟分析，得出能维持辊身温度分布均匀的辊子直径和冷却水流速，为进一步的优化设计打好了基础。最后，在满足辊身温度的前提下，进一步改进炉底辊结构，通过增加支承辊的方式抵抗其挠曲变形，并验证该结构的可行性，最终达到提高炉底辊使用寿命，节约制造成本的目的。