颗粒物质是自然界广泛存在的物质,在工业中的应用十分广泛。在工业生产中,可常见散料颗粒产品的储藏、处理和运输等。在这些过程中,散料颗粒流常在环境空气中作自由下落运动,自由下落颗粒流受周围空气以及自身运动的影响,会产生扬尘,对生产生活等带来多种危害。此外,堆积的颗粒也可能由于自由下落颗粒以及空气的作用再次扩散形成二次扬尘,恶化环境空气。因此,对散料颗粒的自由下落运动进行研究,掌握颗粒与空气的运动特征以及颗粒扩散机理,可以为控制扬尘、设计有效的粉尘控制系统等奠定基础。散料颗粒在自由下落过程中受重力、散料颗粒与环境空气的相互作用、颗粒与颗粒之间的相互碰撞以及颗粒与壁面之间的碰撞作用,以及大量颗粒下落出现堆积等复杂情况等,使得通过实验详细分析研究散料颗粒的自由下落运动机理存在巨大困难。此外,随着计算机硬件性能的提高以及各类数值软件的普及,使用数值模拟方法进行研究分析逐渐变得可行。考虑散料颗粒自由下落过程中复杂的作用机理,本论文将研究对象分为两部分进行仿真分析。第一部分,在计算流体力学软件Fluent中采用双向耦合的方法对自由下落颗粒羽流进行模拟分析,在此部分中考虑颗粒的重力以及颗粒与流体之间的相互作用力,不侧重颗粒的堆积过程;第二部分,使用离散元软件EDEM对颗粒下落及堆积的过程进行分析,在此模拟过程中忽略流场对颗粒的作用,主要考虑颗粒与颗粒以及颗粒与壁面之间的相互作用力,实现颗粒下落碰撞并堆积的过程。本论文采用上述两种数值模拟的方法对散料颗粒下落运动进行研究。分析了颗粒在不同质量流量、不同粒径以及不同密度时与流场的相互作用,此外,通过模拟仿真得到了颗粒的堆积过程及对后续颗粒的影响。对于稀疏的气固两相流,当颗粒与颗粒之间的作用力可以忽略,但考虑颗粒与流体之间的作用力时,在Fluent的模拟中对其进行计算,其中气相流场采用标准k-?湍流模型进行计算,颗粒运动则遵循牛顿第二运动定律。模拟结果表明:当颗粒质量流量越大、密度越大、粒径越小时,颗粒的扩散范围越大,并且对气相流体的影响也越大;此外,具有不同物理参数的颗粒流其轴心处的速度具有相同的变化趋势。即颗粒在下落过程中,其轴心处速度在下落过程中开始不断增大,至某一位置时,速度达到最大,此后速度开始逐渐减小直至接触下壁面。对于重力远大于流场粘滞阻力的情况,本论文使用离散元软件EDEM对颗粒下落及堆积的过程进行数值仿真,在模拟计算中采用软球模型考虑颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的相互作用力。模拟结果表明颗粒与颗粒之间的碰撞作用对颗粒的流动状态有很大的影响,而且颗粒流对已有堆积颗粒的冲击使得颗粒物质在接近下壁面处产生大量二次飞溅颗粒。采用离散单元法对颗粒的堆积过程分析取得了一定结果,但仍需进一步完善。综合考虑,对于自由下落颗粒运动的数值模拟分析,需要针对具体情况采用不同的算法。此外,本论文通过在Fluent以及EDEM中对自由下落颗粒运动过程的数值模拟分析,为后续采用计算流体力学与离散元法耦合即CFD-DEM方法对自由下落颗粒羽流进行四向耦合的模拟研究奠定基础。