根据Geldart分类法可以将颗粒分为4类,其中C类颗粒粒径很小,一般为微米、纳米级别,介于原子团簇与微粉之间,由于颗粒直径减小、比表面积增大,尺寸效应增强,颗粒间的吸引作用相对增强,表现出很强的颗粒间黏附作用,导致该类颗粒容易黏结形成聚团,所以也将Geldart C类颗粒称为黏性颗粒。黏性颗粒发生聚团将会影响流化过程的正常操作、降低工业生产的效率、影响产品品质。了解颗粒聚团机理、掌握聚团规律是黏性颗粒研究领域中亟待解决的问题,深入理解黏性颗粒聚团过程和反应器中颗粒聚团的流动规律,对于实际应用中的颗粒流动预测具有十分重要的意义。随着计算机计算能力的不断提升,数值模拟已经成为研究气固流动问题的一个重要手段,而在模拟计算过程中建立合理、准确、完善的数学模型是求解气固流动的关键。本文以颗粒动理学为基础,建立黏性颗粒动理学模型,推导应用于黏性颗粒聚团的固相粘度系数、固相压力等参数的计算公式。基于颗粒数量平衡方程,跟踪在黏性力作用下的黏性颗粒系统内颗粒数密度的变化,根据颗粒数密度变化求得黏性颗粒聚团直径,理论分析流化过程中颗粒数量变化、颗粒变形等因素对流动的影响。构建应用于黏性颗粒系统研究的颗粒动理学理论和气固双流体模型,并应用该模型来预测黏性颗粒聚团直径分布规律、分析聚团的流化特性以及研究改善流化性能的方法。考虑颗粒碰撞过程中颗粒相互碰撞中作用力对能量耗散和传递的影响,定义了基于颗粒变形量脉动值的结构温度,提出包含颗粒变形因素影响的广义颗粒温度概念,对现有的动理学模型进行修正。计算结果表明,改进后的模型在高浓度区域计算准确性明显提高,同时发现颗粒相压力随着浓度增加而增加,该计算结果与Johnson-Jackson的经验公式结果分布规律相同,颗粒速度的计算结果与实验数据相吻合。应用本文建立的气固两相双流体模型,模拟计算鼓泡床内黏性颗粒系统的流动特性。计算结果表明,在鼓泡床中随着流化时间的增加聚团直径先增加、逐渐达到小幅波动的稳定状态。颗粒聚团直径随着床体高度的增加而降低,聚团直径沿高度方向的分布可以分为三个区域,即底部大尺寸聚团聚集区、上部小尺寸聚团分布区和中间过渡区,大尺寸区域分布的高度较小,床体大部分区间为小尺寸聚团聚集区,而在过渡区内直径迅速变化;对比不同气速下的结果可以发现增加气体速度可以降低聚团平均直径、减小聚团直径分布区间。通过模拟计算得到的浓度分布与实验数据吻合良好,在床体中心处颗粒浓度较低,而在边壁处受到壁面摩擦影响数值较高。对并联式内循环鼓泡床结构中黏性颗粒的聚并和破碎过程进行了数值模拟,内循环鼓泡床不同腔室分别进行聚团和破碎过程,获得了床内浓度、速度和直径等分布规律,发现在粘性力作用下床体不同区域聚团直径差异明显,黏性力越大,床内不同区域的直径差异越大、达到稳定所需时间越少,直径的差异导致不同床体间形成压力差,该压力差是形成颗粒内循环的主要动力;同时还对该结构中的黏性颗粒的质量流量进行了分析,随着流化气体速度的增加,两床之间的质量交换量增加。模拟计算喷动床内黏性颗粒流动特性,计算结果表明,在黏性作用力影响下,黏性颗粒可以以聚团形式在喷动床内稳定流动,床内颗粒的流动结构与典型喷动床的流形结构相同,但喷泉区的边界模糊;喷动床内平均聚团直径随着时间增加而先增加、逐渐达到相对稳定数值;随着气速增加,喷射区形状逐渐由突扩-突缩演变为圆柱形式,喷射区直径随气体速度增大而增大,该数值与气体速度呈近似线性关系;稳定状态下的平均聚团直径随着材料的黏性力增加而增加。对添加非黏性颗粒的流动过程进行了数值模拟,针对非黏性颗粒特点,建立了与之对应的双组份数学模型。通过计算发现,在黏性颗粒中加入非黏性颗粒可以抑制聚团直径增长,聚团直径明显降低,颗粒聚团直径随着添加非黏性颗粒质量分数增加而减小、随着添加颗粒直径增大而减小,聚团直径与添加颗粒直径间接近线性关系。在循环流化床提升管中颗粒间的碰撞对流动影响较大,在分离器和回料器结构中聚团的摩擦、变形因素的影响大。根据循环流化床中不同区域的不同流动机制,建立了适用于全结构循环流化床的数学模型。利用该模型数值模拟循环流化床中黏性颗粒的流动特性,研究了提升管中颗粒相时均速度、黏性颗粒聚团直径以及聚团的颗粒拟温度、颗粒相压力等分布规律。通过计算发现,循环流化床提升管中黏性颗粒分布为典型的环核结构,即中心浓度低、边壁处浓度高的分布规律。数值模拟所得聚团直径在提升管底部大、在提升管顶部小,聚团直径随着气体速度增加而减小;对比不同黏性作用力下的聚团直径可以发现,聚团直径随着黏性力的增大而增大。计算所得浓度、直径数值、质量流量与实验数据相吻合。