流化床技术具有传热传质效率高、固体混合效果好、燃料适应性广等诸多优点,在我国煤/生物质气化、电厂和许多其他化工行业得到了广泛的应用。流化床反应器在处理生物质颗粒时往往需要加入惰性颗粒,以解决生物质颗粒难流化问题。惰性颗粒的加入能增大固相反应体系接触密度,使生物质颗粒快速均匀受热,加快化学反应速率,其中的生物质颗粒与惰性颗粒的良好混合对化学反应具有重要影响,甚至可能成为反应的控制因素。以往的实验研究已经对流化床异质颗粒混合机理有了丰富的定性认识,然而目前对流化床异质颗粒混合机理的定量认识尚不充分。现有研究主要集中在鼓泡流化床,喷动流化床等床型,对射流流化床颗粒混合的定量研究仍较为缺乏。随着射流流化床的快速发展,深入认识其异质颗粒混合的变化规律对射流流化床的设计、制造和工业操控十分重要。首先,本文基于电容探针开发了一种稠密气固两相流中异质颗粒混合特性测试新方法,该方法根据异质颗粒混合物的有效介电常数与颗粒混合比之间的因变关系,采用电容探针测得了颗粒混合物的有效介电常数的变化规律,进而获得电容探针测量区域内异质颗粒混合比变化特性。该方法解决了传统实验方法难以获取颗粒混合过程中混合程度随时间动态变化的难题,为揭示颗粒对流与扩散对颗粒混合过程的影响机制奠定了实验基础。其次,本文采用该方法研究了流化床内异质颗粒在不同操作参数下微观混合比及其标准差的变化规律,揭示了颗粒对流与扩散对混合过程的影响机制,研究结果表明:在射流气速1.2ufj、流化气速uff的条件下,在射流流化床轴向位置处,随着高度的增加,微观混合比的波动逐渐增大,表明颗粒对流随床层高度的增加作用逐渐增强,其主要原因为气泡在轴向位置的运动特性对颗粒混合起决定性作用;随着与床层中心线横向距离的增加,微观混合比波动幅度的相对减缓,颗粒对流作用增强缓慢;保持流化气速uff不变,当射流气速从ufj增加到1.4ufj时,随着床层高度的增加,微观混合比波动幅度增大,表明颗粒对流对颗粒混合的作用增强;相比床层轴线方向,床层中心横向方向0.5倍半径和壁面处颗粒微观混合比波动幅度较小,表明颗粒对流对床层横向位置处颗粒混合的促进作用相对较小;保持射流气速1.2ufj不变,当流化气速从0.8uff增加到1.3uff时,床层轴向与横向位置处的颗粒微观混合比波动均呈现增大,颗粒对流对0.5倍半径和壁面处颗粒混合的作用明显增强;在1.2ufj射流气速、1.0uff流化气速条件下,随着密度比的减小,床层底部和顶部位置处颗粒对流逐渐增强,床层中心和0.5倍半径处颗粒对流逐渐减弱,壁面处颗粒对流对密度比的敏感度较小。再次,为了获得颗粒对流与扩散在不同位置处混合过程中的影响,本文提出了一种微观扩散系数,掌握了扩散系数随操作参数的变化规律。研究结果表明:保持流化气速uff不变,当射流气速从ufj增加到1.4ufj时,床层底部和顶部位置的微观轴向扩散系数主要分布在0.005～0.15m/s和0.005～0.2m/s之间,在底部和顶部位置的轴向混合中颗粒对流起主导作用,且其强度大小与射流气速和床层高度成正相关;保持射流气速1.2ufj不变,当流化气速从0.8uff增加到1.3ufj时,床层底部和顶部轴向扩散系数主要分布在0.005～0.05m/s和0.005～0.1m/s之间,颗粒对流随着高度的增加而增强且其强度大小与流化气速呈正相关;在射流气速1.2ufj、流化气速uff条件下,床层底部和顶部轴向扩散系数分别分布在0.005～0.02m/s和0.005～0.03m/s之间,当密度比增大时,床层底部和顶部的颗粒对流逐渐增强并与床层高度呈正相关;随着射流气速增大,0.5倍半径处微观横向扩散系数主要分布在0.005～0.05m/s之间,颗粒对流在该处横向混合中的强度大小受射流气速的影响较小,颗粒扩散在壁面处横向混合的主导作用逐渐被颗粒对流替代;随着流化气速的增大,颗粒对流在0.5倍半径和壁面处的横向混合中作用强度大小相近,横向扩散系数主要分布在0.005～0.02m/s之间。最后,为了定量评价混合过程中流化床内局部的异质颗粒混合质量,本文提出一种新的微观混合指数,研究了微观混合指数在不同位置处的变化规律,获得了流化床不同位置处颗粒混合达到稳定所需时间,重点考察了射流气速、流化气速和密度比对颗粒混合质量的影响。研究结果表明:在射流流化床中,床层高度、射流气速、流化气速与颗粒混合速率成正相关,轴向位置不同高度处达到稳定混合所需时间要短于0.5半径和壁面处;但过大的射流气速和流化气速会抑制颗粒混合质量;相比于气体流量的增加,密度比的变化对颗粒混合速率的影响较小;混合平衡状态下,不同操作条件下轴向与横向的微观混合指数基本一致。