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细长颗粒的流化在工业生产中有非常广泛的应用背景，如生物质秸杆流化床燃烧，烟丝在流化床里的干燥或加湿，药品在流化床里的包衣等。在对细长颗粒的流化特性进行研究时，很多情况下将细长颗粒抽象为球形颗粒。这样处理导致的误差在有些情况下是可以接受的，但在有些情况下是不可以接受的。由于细长颗粒既有位置参数，又有方位参数，因此它的流化特性与球形颗粒存在较大差异。目前，细长颗粒流化特性的研究仍处于起步阶段，许多问题有待解决。本文以理论建模及数值模拟为主，并结合实验手段，对细长颗粒的流化特性进行了研究。细长颗粒流化特性的研究内容主要包括取向分布、浓度分布研究等。内容主要有以下几部分：
1.为验证理论模型，本文搭建可视化实验台，将高速数字图像采集技术、CAD辅助测量技术及统计分析三者结合，实验研究了稀相条件下细长颗粒的取向分布、浓相条件下细长颗粒的浓度分布等流化特性。研究发现，在流化运动过程中，细长颗粒以近于竖直姿态流化运动的细长颗粒数量百分比占明显优势，以近于水平姿态流化运动的细长颗粒的数量百分比较少；以近于水平姿态流化运动的细长颗粒更易结团；浓相条件下，床体内近壁区域的细长颗粒数量浓度大，径向中心区域的颗粒数量浓度小；细长颗粒首先从近壁区域到达床出口处。
2.为研究细长颗粒在稀相流场中的流化运动特性，本文从细长体理论出发，根据流体力学及刚体动力学理论，建立细长颗粒流化运动三维模型，对稀相流场中细长颗粒的取向分布等流化特性进行了研究。模拟结果得到实验验证。研究发现，在稀相条件下，以近于竖直姿态流化运动的细长颗粒的数量百分比占明显优势，细长颗粒的轴向有与流场速度梯度保持一致的趋势；细长颗粒的取向分布受床内位置、流化风速及颗粒密度等因素影响明显，而受长径比、加料量等因素影响不明显；稀相条件下，床内中心区域细长颗粒的数量浓度小于近壁区域细长颗粒的数量浓度；各床层高度区域细长颗粒的径向数量浓度分布无明显差别。
3.研究壁面约束对细长颗粒流化特性的影响，为工业生产中优化流化床结构、完善运行设计提供理论指导。本文根据刚体碰撞动力学原理，建立细长颗粒-壁面碰撞模型，并将此模型与所建细长颗粒流化运动模型相结合，完善流化运动模型。模拟结果得到实验验证。研究发现，壁面约束效应对床体近壁区域细长颗粒的取向分布、浓度分布以及运动特性等流化特性都有显著影响；受壁面约束影响，沿床高向上，床体近壁区域细长颗粒数量浓度逐渐减小，细长颗粒有由床体近壁区域向中心区域迁移的趋势；床体近壁区域，超过60％以上细长颗粒的运动姿态接近竖直、与壁面保持平行。
4.研究考虑颗粒间相互作用条件下气固两相流场中细长颗粒的流化特性，为细长颗粒的流化应用提供理论指导。本文根据刚体碰撞动力学原理，推导建立细长颗粒间相互作用三维模型，根据硬球模型的思想，将Nanbu碰撞概率模型进行合理修正，以适用于细长颗粒碰撞发生判断，再结合细长颗粒的受力、运动模型及格子Boltzmann方法，从而建立含颗粒间相互作用的细长颗粒流化运动三维模型。基于此模型研究探讨了考虑颗粒间相互作用条件下细长颗粒的浓度分布、取向分布等流化特性。模拟结果得到实验验证。研究发现，考虑颗粒间相互作用条件下的细长颗粒流化特性与稀相条件下的细长颗粒流化特性有很多不同。考虑颗粒间相互作用条件下，由于颗粒间相互作用的影响，流场中细长颗粒的数量浓度分布非常不均匀；不同床高区域的细长颗粒径向数量浓度分布变化较大；近壁区域的细长颗粒数量浓度大于径向中心区域的数量浓度。受颗粒间相互作用影响，细长颗粒取向分布的选择性较稀相条件下的有所削弱，但仍以近于竖直姿态流化运动的细长颗粒的数量百分比占明显优势；随着长径比的增加及颗粒量的增加，以近于竖直姿态流化运动的细长颗粒的数量百分比逐渐减小，但细长颗粒取向分布随床内位置及流化风速的变化规律没有改变；细长颗粒的流化风速范围较小。
5.研究流化床中惰性物质的级配分布特性，为研究细长颗粒和惰性物质的混合流化特性提供参数依据。本文采用硬球模型建立惰性物质流化运动模型，基于此模型研究了惰性物质的级配分布特性。研究发现，流化风速对密相区的高度影响较大，而级配对密相区的高度没有明显影响：当级配中大粒径颗粒份额比小粒径颗粒份额大很多时，床体内悬浮段颗粒数量浓度会产生比较明显的下降；充分流化的颗粒的数量密度比趋于与原始级配一致。
6.研究空气-惰性物质-细长颗粒三相流场中细长颗粒的流化特性，为细长颗粒和惰性物质的混合流化应用提供理论指导。本文将空气和惰性物质都视为连续相，采用欧拉-欧拉模型进行计算，而将细长颗粒视为离散相，采用拉格朗日方法进行跟踪计算，从而建立固相分相流化运动模型。研究发现:三相流场中，细长颗粒的取向分布特性与考虑颗粒间相互作用条件下两相流中的细长颗粒取向分布特性相似。细长颗粒的轴向数量浓度分布与两相流场中细长颗粒的轴向数量浓度分布相似。径向数量浓度分布总体分布走势与两相流场中的情况相似，但三相流场中径向中心区域的细长颗粒数量浓度略大于两相流中径向中心区域的颗粒数量浓度。