外循环流化床换热器具有可用流速范围广、低流速下具有较高的换热系数和自身防垢等优势,但目前国内对整套外循环流化床换热器的结构设计以及相关的实验研究尚处于空白状态。有鉴于此,本文以工业中广泛应用的管壳式换热器为基础,通过研究中设计搭建的一套完整的外循环流化床换热器实验台,对外循环流化床换热器的流动和换热性能进行了一系列研究。首先,本文以理论分析和实验的方法对外循环流化床换热器可用的惰性固体颗粒进行流动特性研究。通过Ergun方程和曳力公式进行理论分析得出影响液-固流态化速度的物理量,并对7种已知密度、粒径和球形度的固体颗粒在水介质中进行液-固流态化实验,测量其初始和终端流态化速度。以验证流态化固体颗粒的初始流态化速度和终端流态化速度的计算方程,并进行了修正。其次,在上述流态化速度的研究结果基础上,本研究设计并搭建了一套基于工业用管壳式换热器结构的外循环流化床换热器。设计过程中以水-蒸汽冷凝器作为设计目标,参考常规管壳式固定管板换热器的结构对外循环流化床换热器的各个部分进行设计,并结合固体颗粒的终端流态化速度,详细分析了设计外循环流化床换热器的下管箱,分离器,下降管和反混喷口四部分结构尺寸需要考虑的因素,结合实验条件给出了外循环流化床换热器实验台的结构尺寸参数并完成实验台搭建。第三,对所搭建的外循环流化床换热器进行冷态流动特性的实验研究。结合流动阻力损失的产生原因进行理论分析,将外循环流化床换热器的流动压降损失分解为三部分:(1)换热器内处于流态化的固体颗粒质量引起的流动压降损失;(2)管箱、喷口和其他部件的局部流动压降损失;(3)换热管束部分的沿程流动压降损失。实验同时记录了外循环流化床换热器整体流动压降损失和局部流动压降损失,得出了流动压降损失计算方程中的经验系数。最后,本研究通过实验台对外循环流化床换热器进行常规换热实验,流态化换热实验以及易结垢工况下的对比换热实验。常规和流态化换热实验利用威尔逊图解法将管内对流换热系数从实验测得的换热器总换热系数中分离出来,比较了相同流速下外循环流化床换热器和常规换热器的的管内对流换热系数。并通过对流动压降损失和管内对流换热系数的全局优化,得出外循环流化床换热器的最优运行条件。易结垢工况下的换热对比实验通过使用添加碳酸钙的溶液做为管程介质,模拟长时间运行的设备工作条件,比较外循环流化床换热器和常规换热器的总体换热系数变化。论文研究成果证明了外循环流化床换热器相比于常规管壳式换热器,在合适的工作条件下换热性能有明显的优势,具有实际的改造价值,为外循环流化床换热器技术在工业实际应用提供了理论和实验依据。