本文首先采用直接数值模拟方法研究了三维气固两相绕圆柱的物理特征。研究的流场是三维特性的流场，首先对三种雷诺数(Re=120、180、260)下圆柱后涡脱落的机理和涡的脱离频率进行了研究。研究证实，圆柱尾流的运动特征与流场雷诺数的大小有密切关系。随着Re的升高，圆柱尾流的速度波动幅度变大，并且涡从柱体脱落的频率加快，卡门涡街纵向变宽，涡街的波动频率变大。在此基础上，研究了圆柱绕流流场的二维到三维的转捩过程，认为转捩过程是由于卡门涡脱落过程中涡核的椭圆不稳定性引起的，同时这种不稳定性也导致卡门涡街沿展向的波动，产生流向涡结构，并且随时间的发展，展向大涡结构在流场下游处破碎为小尺度涡结构，认为这时转捩过程发生。对涡的脱离频率的研究证实了前人的试验结果，即涡的脱离频率在雷诺数在0-300左右保持在0.2左右，并在240-260左右发生转捩过程。 在获得精确流场的基础上，研究了两种耦合(单向、双向)下的颗粒在三维圆柱绕流拟序结构中的扩散特性。使用颗粒瞬时分布的定性显示和扩散率函数随时间发展的定量比较结合的方法，重点分析了不同Stokes数的颗粒扩散分布的在流场中的分布特性。研究发现，颗粒Stokes数是决定其扩散特性的主要因素。颗粒的Stokes数越小，颗粒的扩散越大，意味着颗粒跟流体的混合越充分。由于在圆柱绕流中两相邻大涡旋转方向相反，会产生很大的速度梯度，在这种吸力作用下，较大Stokes数的颗粒主要分布在两相邻涡结构的边界的区域和展向大涡的外围。而较小Stokes数的颗粒被圆柱后尾涡卷吸进入圆柱尾部近壁区，甚至与圆柱后壁发生碰撞，而且颗粒在尾流中心区域形成“蘑菇”状的扩散。 对于颗粒对三维圆柱绕流所造成的变动，双向耦合的研究发现，不同Stokes数的颗粒都促进了流场中涡结构的演变，并且颗粒也使得流场中的各个方向的速度矢量增大。在双向耦合下，颗粒的扩散统计特性函数形状与单向耦合下基本一致，函数值略低，这也说明双向耦合作用使得颗粒的在流场中的分布更加均匀。在双向耦合作用下，本文也着重探讨了颗粒对气相流场的各个方向上的平均速度的影响，认为颗粒的存在都使得流场平均速度减小，但是使得尾迹的宽度增大。颗粒的展向和横向扩散在双向耦合下变小，说明颗粒在流场中的均匀程度增大。 由于流场中存在钝体，气固两相流体在钝体附近流动时，颗粒难免与圆柱发生碰撞。本文中着重研究了颗粒在近壁区的运动情况，研究发现，颗粒在近壁区运动主要受到柱面边界层和圆柱后尾涡作用的影响。当Stokes数较小时，颗粒不能穿过柱体前侧边界层，而在圆柱后受到尾流尾涡的卷吸，在圆柱后侧沉积，