气固流化床因具有良好的混合、传质和传热等性能，而被广泛应用于能源和化工等众多过程工业领域。由于流化床内两相流动结构的不均匀性和流域的多态性，使得工业放大、设计和过程优化需要大量详尽的实验数据来支撑。建立在理论基础上的数学模型是可以简化实验室成果工业化的一条有效途径，其中以计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)模型为工具来剖析流化床内复杂的多相流现象，在当今研究者和使用者之间已达成共识。为此，本论文以循环流化床燃烧和灰熔聚煤粉气化为研究背景，采用Brandani和Zhang基于双流体理论提出的一种考虑颗粒对气相和固相动量守恒方程均有影响的数学模型，在CFX4.4商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序详细考察了无化学反应条件下鼓泡流化床燃烧室或灰熔聚粉煤气化炉内流动和传热时空特征及其相似放大性。基于实验和模拟结果，取得了以下认识：　　1、基于Brandani和Zhang的流动模型，采用可实现源代码编程的MFIX(MultiphaseFlowwithInterphaseeXchanges)计算流体动力学软件验证了实验室前期在CFX4.4软件平台上获得的鼓泡和射流等基本流态化特性，两种方法的模拟结果与实验测量值或文献报道一致性表明该模型在不同的CFD软件平台上均能够很好预报流化床内的流体动力学特性。　　2、当射流以稳定速度进入流化床时，床内压力梯度和射流中心气体速度变化的模拟结果证明了将空隙率0.8的等高线定义为射流边界的合理性。射流穿透深度随着射流气速或喷嘴尺寸的增加而增大，但随静床高度、颗粒直径或颗粒密度的增大而减小。射流周围环隙气速由0变到最小流化速度(umf)时，射流穿透深度随环隙气速增加而增大，在umf时达到最大值，然后随环隙气速增加单调减小，当环隙气速大于2.5umf时，射流穿透深度减小程度变缓。　　3、当射流气体以脉动方式注入流化床时，在分布器上方即呈现压力波动特性，气泡在床内上升过程中其上方的压力逐渐增加，当该气泡穿过床层界面时界面附近的压力呈现下降趋势；进而发现在鼓泡流化床内，压力信号具有明显的周期性，操作气速对相同高度处压力波动的主频有一定的影响，压力脉动幅度与操作气速和轴向位置密切相关。在本论文研究范围内，操作气速对压力波传播速度的影响可以忽略，压力信号的功率谱中仅会出现两个峰值频率，且分别与分布器上方气泡的形成及床层表面气泡的崩塌有关。　　4、气固流化床内固体颗粒的循环方式与操作气速密切相关。在射流床内，固体颗粒循环分为三个区(射流区、气泡通道区和环流区)。在射流演变过程中，射流内的部分气体会穿过其边界进入乳化相内，且气体和固体颗粒的时均速度主要受射流气速影响；在鼓泡床内，当操作气速小于2.0umf时固体颗粒循环具有典型的“中心上升边壁下降”的涡环结构；而在2.5umf时固体颗粒循环的第一个涡环上方会出现第二个涡环结构，且随着操作气速的增大这两个涡环结构内的颗粒循环更加剧烈；当操作气速达到3.5umf时，该涡环结构将主导整个乳化相内的颗粒运动。同时，本论文探讨了床内颗粒的上行和下行速度，其中上行颗粒速度依赖于操作气速和颗粒直径，而下行颗粒速度主要取决于操作气速。颗粒速度大小和方向与床内气泡行为密切相关，且上行颗粒速度小于气泡速度。当流化数(操作气速与umf的比值)一定时，颗粒直径对上行和下行颗粒速度的影响均可忽略。　　5、在上述实验测量和数值模拟的基础上，将能量守恒方程耦合到Brandani和Zhang的流动模型内，建立了描述流化床内流动和传热特性的数学模型，并对流化床壁面传热系数的瞬态和时均特性进行了预报。结果表明，传热系数主要与固体的导热系数有关，而气体导热系数的影响很小。当单一气泡在壁面附近喷嘴上方形成时，气泡附近的局部瞬态传热系数非常小；一旦气泡从喷嘴上方脱离，气泡尾部的传热系数将会大于气泡前部的传热系数；并且一个最大传热点出现在气泡下方的某个位置。当气泡通过任一垂直位置后，该位置的传热系数会急剧增加，达到最大值后开始减小，且该最大值随着流化床垂直高度的增加而减小。当壁面附近喷嘴上方出现连续气泡时，床内局部时均传热系数随着射流气速、颗粒尺寸或喷嘴直径的增加而减小，而随着静床高度的增加而增加。　　6、通过对射流床内的流体动力学和壁面传热特性的详细研究，推导了基于Brandani和Zhang模型的流动和壁面传热相似放大准则，并对5倍以下的放大案例进行了模拟验证。在该准则的无因次参数完全匹配时，2倍或5倍放大床内射流演变及不同垂直高度处的时均空隙率径向分布和无因次传热系数在不同的射流气速下均与模型床内对应值相吻合。　　上述研究结果表明Brandani和Zhang模型可以用于研究鼓泡和射流床内的时空流动及壁面传热特性，并对循环流化床燃烧室和灰熔聚气化炉的放大和设计具有一定的参考价值。