集沙仪是研究风沙运动规律,观测风沙流结构的重要测量仪器。国内外对于集沙仪的研究主要集中在风洞试验与野外试验。随着气固两相流研究与数值模拟方法的发展,本文针对集沙仪在气固两相流研究方面的空缺,基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）和离散单元法（Discrete Element Method,DEM）耦合的方法,以自动连续称重式集沙仪为研究对象,对集沙仪进行气固两相分离的过程进行数值模拟,深入研究气固分离过程中气固两相的流动特性,并提出集沙仪的结构优化方案。本文的具体工作如下:（1）运用计算流体力学与离散单元法耦合的理论基础对集沙仪内气固两相的运动情况进行研究分析,建立气固两相流动的数学模型。对连续相流场进行分析,建立流场控制方程,选择RNG k-ε湍流计算模型,对单个沙粒颗粒进行受力分析,建立离散相固体颗粒的运动模型。（2）建立集沙仪的关键部件风沙分离器和沙粒颗粒的仿真模型,并通过静态堆积角仿真试验校准仿真参数。基于CFD-DEM耦合方法对集沙仪内风沙分离情况进行数值模拟,通过对照已有文献的试验验证了耦合模型的准确性,得到了流场湍流、静压、速度的分布规律与颗粒的运动情况。（3）基于本文建立的耦合模型,改变入口气速、颗粒粒径和风沙分离器的结构参数等多种因素,对集沙仪内风沙分离情况进行数值模拟,发现当入口气速较小时,沙粒颗粒易随湍流扩散;沙粒颗粒粒径越大,越不易受到湍流脉动的影响,更易于分离;适当的增加排气管插入深度和分离器圆锥段的长度,都有利于气固分离。根据数值模拟结果,针对风沙分离器的结构参数进行了优化,并通过仿真对比改进前后各项性能指标,验证了本文对于风沙分离器结构参数优化的有效性。（4）设计试验分析强风下集沙仪中集沙盒底部气流的流动状态,探究合理的集沙盒的结构参数设计以消除排沙口气流对集沙盒底部的冲击,发现增大集沙盒的直径与高度都能起到降速与稳定气流的效果。基于对不同结构参数的集沙盒与风沙分离器组成的连通体内气流运动情况的数值模拟试验,提出了集沙盒的结构优化方案,该方案可以以较少的空间及制造成本消除气流冲击对集沙盒的影响。