气固两相流的数值模拟是研究工业生产过程的常用手段,广泛运用于流化床、尾气监测、细微颗粒测量等工程中。在实际应用时,边界参数的设置和物理模型的调整对测量结果的准确度都具有非常大的影响。针对气固两相流中由于环境噪声造成的颗粒测量不准确的问题,本文设计了一种均匀气固两相流实验装置,通过对多粒径颗粒的模拟研究,为颗粒测量探索理想的观测环境。主要研究内容如下:(1)设计均匀气固两相流实验装置的系统结构。整个装置系统由颗粒发生装置、入口管道、分散空间容器、出口管道等部件顺次连通组成。在分散空间中,孔板是促使颗粒均匀分布的核心装配。在伽尔顿板实验的基础上对传统孔板的孔口分布进行改进,提出具有内圈稀疏、外圈密集特点的孔口分布设计,有效提高了颗粒的扩散效果。(2)建立分散空间容器的物理模型,实现分散空间流域的网格划分。针对孔板的几何结构复杂、网格数量与网格质量不兼容等难点,采用混合网格划分结构的方法以降低网格数量,并通过检测和网格加密来提高网格质量。其中,孔板部分采用非结构化网格,其他部分采用结构化网格。(3)利用计算流体力学和离散单元模型(CFD-DEM)模拟分散空间中的颗粒扩散过程,提出气固两相流的均匀性量化方法。在竖直方向上利用颗粒相对扩散程度(Q)确定观察窗的设定位置;在水平方向上提出一种环形均匀性量化算法,利用变异系数(cv)量化颗粒分布的均匀程度。通过对多种不同粒径颗粒的模拟,提出最佳观测时间域并验证观察窗位置的合理性。本文通过模拟分散空间中颗粒的运动状态,验证了实验装置对颗粒扩散的促进作用,为颗粒检测提供了均匀的测量环境。实验结果显示,10μm颗粒的最佳观测时间在40秒到70秒之间,观察窗范围内最佳观测点的变异系数为0.92;2.5μm颗粒的最佳观测时间在60秒到140秒之间,最佳观测点的变异系数为0.95。不同粒径颗粒的观测时间不同,最佳观测区域位置非常相近,观察窗适合设置在分散空间的中间偏下位置。