在高绝缘性物质作为床料颗粒的气固流化床中，颗粒与颗粒及颗粒与壁面之间不间断的接触和分离不可避免导致静电的产生。静电积累到一定程度会对流化床的气固流动特性产生影响，轻则导致颗粒团聚，形成死区和沟流；重则导致颗粒结片，堵塞布风板，引起停车事故。因此，研究静电影响流化床流化特性的规律和机理，对于流化床反应器的设计及运行具有非常重要意义。然而，目前流化床静电的研究仍然较为零散，缺乏系统深入的认知。本文设计并搭建了树脂玻璃的可视二维流化床系统，使用不同物性参数的绝缘颗粒作为床料，对气固流化过程中静电的产生及静电对气固流动的影响进行了实验研究。对颗粒所受静电力的大小和方向以及流化床中的电势分布进行了数值模拟研究，揭示了荷电流化床中电场分布及对气固流动的影响机制。本文主要研究内容和结论如下：
　　（1）流化床中颗粒荷电实验研究 进行了流化床操作参数和床料物性影响流化床荷电特性的实验研究。实验结果表明，流化风速不变，随着流化时间的增加，颗粒平均电荷密度不断增大，并在流化到一定的时间后达到饱和。流化风速增大，颗粒饱和电荷密度随之增大。流化风速决定流化床气固流动的激烈程度，颗粒流化越剧烈，电荷生成率越高，流化床内电荷达到饱和状态时的颗粒平均电荷密度越大。初始静床高的改变也会引起颗粒平均电荷密度的变化，流化床内不同区域气固流动剧烈程度的差异会导致流化床不同区域颗粒荷电程度上的差异。
　　实验对比了不同粒径的玻璃细珠（GB）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、玉米粉（CP）三种材质颗粒荷电特性。实验结果表明，相同实验条件下，GB颗粒和CP颗粒在流化后携带正电荷，而 LLDPE 颗粒在流化后携带负电荷。相同粒径条件下，在电荷达到饱和状态时，CP颗粒和LLDPE颗粒的平均电荷密度高于GB颗粒。对于相同材质不同粒径的颗粒，在电荷达到饱和状态时，小粒径颗粒的平均电荷密度高于大粒径颗粒。这说明颗粒与流化床壁面之间的相互作用对颗粒最终携带电荷的符号起决定性作用。绝缘体材料功函数越高则更容易获得电子而携带负电，功函数越低则更容易失去电子而携带正电。此外，由于不同颗粒粒径及表观结构的差异导致的比表面积差异，小粒径颗粒在电荷达到饱和状态时携带的电荷量更多。而相同粒径情况下，CP颗粒和LLDPE颗粒相比GB颗粒在电荷达到饱和状态时所携带的电荷量更多。
　　（2）流化床静电对气固流动影响的实验研究 实验使用GB颗粒作为床料，利用高速照相机记录气泡注入流化床的全过程，并通过数字图像分析法（DIA）分析了不同荷电密度下临界流化状态流化床内的单气泡在上升过程中面积、纵横比及上升速度等特性的变化规律。气泡实验结果表明，随着流化床荷电密度的增高，单气泡在上升过程中纵横比变小，面积变大。在静电的影响下，气泡在床层底层遇到的阻力变小而在床层中上层遇到的阻力变大，气泡上升初期速度变大而在床层中上层时速度变小。此外，随着流化床荷电程度的增高，气泡在接近床层表面时发生分裂。颗粒荷电导致颗粒受力的改变，进而影响到流化床内的气固流动特性。
　　（3）流化床中颗粒静电影响气固流动特性的数值模拟研究 分别使用欧拉-欧拉方法和欧拉-拉格朗日方法，分析荷电流化床中气泡特性变化的原因。欧拉-欧拉方法利用麦克斯维尔方程组推导出的电势标量方程建立静电模型，并将静电模型带入双流体模型（TFM）中，对气泡实验进行还原。模拟根据电势梯度分布和静电力分布对固体相的静电力受力进行分析。欧拉-拉格朗日方法利用库伦定律建立静电力模型，并将静电力模型带入CFD-DEM模型中，通过对颗粒的受力分析研究荷电流化床中气泡形变的原因。欧拉-欧拉方法对气泡实验全尺寸模拟的模拟结果表明，固体相荷电导致气泡纵横比变小，体积变大。模拟结果中未发现气泡顶端颗粒掉落的现象，也并未发现气泡分裂的现象。此外，通过对模拟结果中流化床电势分布的分析可知，电场与气泡之间的影响是相互的，气泡在受到静电影响的同时也会影响流化床的电势分布；欧拉-拉格朗日方法对小尺寸流化床单气泡注入过程的模拟结果表明，颗粒荷电使气泡边缘处颗粒受到指向气泡内侧的静电力作用，导致气泡上半部分发生颗粒坠落，气泡体积变小，说明静电对气泡周围荷电颗粒受力及运动的影响是导致气泡发生形变的主要原因。双极荷电系统中的静电力分布无规律可循，携带异号电荷的颗粒由于异性相吸容易形成颗粒对，弱化了颗粒间相互作用导致的气固流动特性的变化。
　　此外，本文还对比了欧拉-欧拉方法和欧拉-拉格朗日方法的模拟结果，通过剖析两种方法的原理，讨论了两种方法之间原理上的不同，分析了两种方法在研究气固流动静电现象时各自的优缺点，并将这两种方法的优点相结合，提出一种新型的混合方法。混合方法以欧拉-拉格朗日方法求解气固流动以及颗粒之间的静电力相互作用，以欧拉-欧拉方法思路计算每个时间步的电势。根据新型混合方法的模拟结果可知，单极荷电系统中乳相区远离气泡和床层边界的区域电势最高，越靠近气泡和床层边界的区域电势越低。颗粒所受静电力的方向沿着电势由高变低的方向，这使单极荷电系统中气泡边缘处的颗粒产生向气泡内侧运动的趋势并最终影响流化床的气固流动特性。新型混合方法实现了对气固流动静电问题全尺度的分析，推动了对于静电影响气固流动特性的机理性认识。