熔盐炉是氧化铝生产的关键设备，但一直以来对熔盐炉的炉内热工过程缺乏系统研究和分析，以致对该系统的操作和改进主要依靠经验，缺乏相应的理论指导。因此，依据实际生产设备，建立并求解熔盐炉的物理数学仿真模型，深入了解熔盐炉炉内的热工过程，获得熔盐炉的最优结构参数以及各项运行参数成为亟待解决的新课题。 本文以国内某氧化铝厂熔盐炉系统为研究对象，以计算流体力学软件FLUENT6.2为平台，以热平衡测试数据为边界条件，对熔盐炉炉内热工过程进行了数值仿真及优化研究。本研究中采用分块非结构化网格对计算区域进行离散，选用带有旋流修正的可实现化k-ε双方程模型模拟炉内气体流动，并采用基于概率密度函数法(PDF)的k-ε-g模型模拟炉内气体的扩散燃烧，采用P-1模型模拟炉内辐射换热过程及NOx生成模型模拟炉内氮氧化物的产生。 本论文的主要成果与结论有： 1)熔盐炉炉内最高温度出现在距离燃烧器喷口大约5.5m处，最高温度为2189K；熔盐炉顶部由于烟气的回流作用，温度水平在1000K左右；熔盐炉炉壁温度在圆周方向分布比较均匀，同一高度处圆周温差不超过50K，没有发生偏烧现象； 2)熔盐炉炉膛上部存在一个比较大的回流区域，烟气的回流有效的加强了炉内气体的循环与混合，增加了炉内燃烧的稳定性； 3)大部分燃料在离开喷口很短的距离内就燃烧完毕，而剩余的少量CO则要延伸至熔盐炉内距离燃烧器喷口5.5m左右处，才全部反应完毕； 4)得到了熔盐炉炉内O2、CO2和H2O的体积浓度分布结果，发现在燃烧剧烈的地方，氧气的消耗最快，同时伴随着大量的CO2和H2O产生； 5)高浓度的NOx区域基本上都出现在高温区域，且其分布形状还受到流体流动的影响。出口烟气中NOx的平均体积分数为698ppm； 6)通过改变助燃空气的流量、预热温度和入射角度，得到了不同操作参数对炉内气体温度分布和烟气出口成分的影响。研究结果表明：相对于基准工况，当助燃空气流量为15500Nm3/h，空气入射角度为46～48°，适当提高助燃空气的预热温度，能达到更好的燃烧效果。