不断优化反应过程是人类生产生活中重要的工程任务。撞击流反应器是一种新颖的强化过程技术。但短暂的颗粒停留时间导致撞击流反应器的相关反应进行的不完整和不充分,从而限制了撞击流反应器的工程发展及其广泛应用。本文以同轴撞击流反应器为研究对象,对比相等入口平均流速的对称撞击流反应器,数值和实验研究了动态非对称撞击流反应器和非对称撞击流反应器的流体流动和湍流特性,并用离散元方法构建了颗粒运动模型,研究和分析了入口速度条件对单颗粒和多颗粒运动特性和停留时间的影响,为探索持久颗粒停留时间的撞击流反应器的提供了新的方案。主要研究内容如下:采用三维数值模拟的方法研究和探讨了入口速度条件的重要参数、动态入口流型种类和反应器的几何参数对流体流动和湍流特性的影响。CFD结果表明,对称撞击流反应器的撞击区稳定位于反应器的几何中心,流场速度分布关于撞击面呈轴对称分布,而非对称撞击流反应器的撞击区偏向速度较小一侧的射流区,无对称性流体速度分布。然而,动态非对称撞击流反应器内流场的显著特征是流型一直处于动态变化中,并且撞击区在主活性区做周期性往返运动。在对称、非对称和动态非对称撞击流反应器中,流场中最大湍流动能始终位于撞击中心处。增加任意一侧入口流速可增加撞击区的脉动速度,非对称撞击流反应器撞击区的湍流特性优于对称撞击流反应器。动态入口速度条件下,在较小入口平均速度的撞击区内会产生更强烈的湍流。与对称与非对称撞击流反应器相比,动态非对称撞击流反应器拥有更强烈的湍流特性。为了验证CFD研究结果,搭建了动态非对称撞击流反应器的实验台架,采用粒子成像速度仪(PIV)测量和研究了动态非对称撞击流反应器的流体流动特性、主活性区的流体速度分布和撞击面的运动规律,而且验证了上述CFD仿真结果和理论分析。采用离散元方法构建了单颗粒和多颗粒运动模型,数值研究和理论分析出单颗粒的运动特性和停留时间主要由入口速度条件、撞击流反应器几何参数和颗粒物性参数决定。同时,重点研究和探讨了阶跃型入口速度条件对撞击流反应器的单颗粒和多颗粒运动特性和平均停留时间的影响。研究结果表明,参数*<0.173s(*为颗粒弛豫时间)的单颗粒在三种不同撞击流反应器中,先被原射流加速后,表现为无振荡运动特性,径直离开主活性区,单颗粒在三种不同撞击流反应器的停留时间基本相等;在对称或者非对称撞击流反应器中,Re_m<4465且4≤L/D≤8,单颗粒在三种不同撞击流反应器中做最多三次的振荡运动;参数*≥0.695s的单颗粒在对称或者非对称撞击流反应器中做三次的振荡运动,但在动态非对称撞击流反应器中做至少三次的振荡运动,动态非对称撞击流反应器的单颗粒停留时间最大,对称撞击流反应器的单颗粒停留时间最小。同时,在动态非对称撞击流反应器中,研究了单颗粒停留时间达到最大值的入口速度条件,即最优周期(T_b)工况。理论分析和模拟结果表明,最优周期由参数*、Re_m和L/D决定,并确定了最优周期的函数表达式。在对称撞击流反应器中,由于流体的流动阻力和多颗粒的碰撞和旋转,多颗粒做无振荡运动,从而缩短了多颗粒平均停留时间。由于其中一侧颗粒经历一次振荡运动,非对称撞击流反应器的多颗粒平均停留时间大于对称撞击流反应器的多颗粒平均停留时间。动态非对称撞击流反应器多颗粒运动特性存在三种不同于对称撞击流反应器新的颗粒运动模式。这些新的颗粒运动模式促使颗粒被原始或反向流体再次加速至主活性区,并且颗粒经历一次振荡运动。三种新的颗粒运动模式的大量存在使得动态非对称撞击流反应器的多颗粒平均颗粒停留时间大于对称撞击流反应器的多颗粒平均颗粒停留时间。而且T=T_b时,多颗粒平均停留时间达到最大值。