下行床反应器由于其床层内气固两相均顺重力场并流向下流动,使得下行床内气固分布较为均匀,颗粒轴向返混程度小,气固接触时间短,因此下行床反应器在超短接触的催化裂化过程,煤粉高温裂解过程以及生物质快速裂解过程中具有良好的应用前景。目前学者们通过实验研究发现下行床内宏观流动特性与提升管相比更为均匀。然而,学者们通过实验以及模拟的研究手段证实了下行床内存在颗粒聚团。因此,在对下行床的模拟过程中需要考虑颗粒聚团的影响。在论文第二章,对下行床内颗粒聚团进行模拟,并详细考察了聚团空隙率、聚团尺寸以及滑移速度对流动过程的影响。此外,借鉴文献中提出的使用聚团当量直径修正曳力的思想,基于下行床内颗粒聚团的受力平衡计算得到不同操作条件下床层内颗粒聚团当量直径,在此基础提出了新的聚团当量直径经验关联式。接下来采用新曳力模型并耦合CPFD方法对中试尺度的下行床进行模拟,并重点揭示了不同操作条件下下行床内的气固流动特性。结果表明,采用聚团当量直径曳力模型能够较为准确的描述不同操作条件下行床内的流动特性。接下来在论文第三章,通过聚团模拟并耦合臭氧分解反应,考察聚团对反应过程的影响,根据聚团反应模拟的结果,建立了基于聚团修正的反应模型。随后,使用建立基于聚团修正的流动反应模型并且耦合CPFD方法对下行床内流动反应过程进行模拟,在此基础上考察了表观气速和颗粒循环量对床层内流动以及反应特性的影响。结果表明基于聚团修正的流动反应模型能够准确描述下行床内的流动反应特性,颗粒循环量与表观气速分别是影响床层内固含率分布以及颗粒速度分布的关键因素。与此同时,床层内的反应特性与流动特性紧密相关,当表观气速增加或者颗粒循环量降低时,由于床层内颗粒浓度变低使得出口处的臭氧浓度增高。最后论文第四章,应用前文建立的基于聚团修正的流动反应模型,对下行床反应器性能进行初步探索。结果表明下行床内颗粒浓度越高,床层内传质速率越低。当表观气速增加或者颗粒循环量降低时,由于床层内流动更为均匀,使得床层内气固接触效率更高。下行床内反应物转化特性主要受表观气速、颗粒循环量以及反应速率常数影响,因此对于下行床反应器的操作而言需要根据实际生产过程中目标产物需要对操作条件以及催化剂活性进行调控。