煤粉的燃烧与气化过程是包括多个表面反应及颗粒边界层气相反应，并涉及热质传输耦合的复杂物理化学过程。因全耦合处理的复杂性，在模型计算中，人们往往采用了简化的处理方法。比如，其一，现有煤粉火焰综合模型无一例外地忽略了挥发分在颗粒边界层内均相着火与燃烧的实质性模拟，只是将挥发分作为点源释放于气相主流中，进而以各种不同的湍流燃烧模型来处理这些可燃气体的燃烧。其二，对于炭粒燃烧，表面氧化反应的一次产物CO可以在边界层里继续燃烧，并引起炭粒表面温度突跃上升达数百度之多；这一现象是目前被广泛使用的单膜模型所没有考虑的。其三，对于煤粉气化过程，颗粒温度与气化产物的准确预报会受到边界层中水煤气置换反应的影响，这在一般的简化模型中均没有被考虑。上述简化处理在相当程度上影响了人们对煤粉燃烧/气化过程的正确认识，也促使人们对模型的准确性提出更高的要求。此外，气固两相湍流流动也会影响到静止的颗粒边界层，影响到煤粉火焰数值模拟的准确性。如何有效地考虑煤粉颗粒边界层气相反应以及湍流脉动的影响，这不仅具有重要的学术研究意义，也对改善现有煤粉火焰综合模型的预报能力和计算精度具有重要的实用价值。　　 本文采用理论分析、数值模拟以及与实验数据对比的方法，对煤粉燃烧、气化过程中颗粒边界层气相反应的影响进行了系统、深入的研究。主要研究成果包括：　　 (1)研究发展与完善了考虑碳粒（炭粒）表面氧化反应、还原反应、空间CO反应的碳粒燃烧移动火焰锋面(MFF)模型。通过与连续膜模型(Continuous-film model)的理论关联、以及多组实验数据的广泛验证，进一步地论证了MFF模型的预报准确性与实用性。此外，通过MFF模型的扩展应用（MFF-E模型），可以考虑碳粒边界层中有限CO反应速率的影响，模型虽然构造简单，但是能够达到严格连续膜模型的理论预报精度。　　 (2)传统观点认为“对于小于l00μm的小粒径炭粒，颗粒边界层中的CO燃烧是冻结的（不发生）”，该观点与一些煤粉燃烧现象不符。本文研究通过严格的理论论证，揭示了CO火焰行为也可能会出现在小碳粒的边界层中，并不能仅用“粒径小于lOOμm”作为统一的衡量标准。在考察碳粒边界层中CO燃烧问题时，采用本生灯火焰锋面处的CO燃烧速率测量值比选用后火焰区域的测量值更具合理性。　　 (3)建立了球坐标系下考虑传热、传质、化学反应全耦合的挥发分/碳粒燃烧数值模拟方法，能够详尽预报挥发分热解析出及燃烧、焦碳燃烧的全过程。预报发现颗粒边界层中的挥发分均相着火与燃烧对煤粉颗粒升温过程有着重要的影响。进而建立了简化描述颗粒边界层挥发分火焰的移动火焰锋面模型(MFF-VC)，模型方便实用，又能与复杂模型有较好的符合。　　 (4)煤粉气化过程中，颗粒边界层气相反应（CO燃烧、水煤气置换反应等）的发生会直接影响颗粒温度、气化反应速率及气化产物的准确预报。本文建立了考虑其影响的煤粉气化移动火焰锋面模型(MFF-G)，模型中充分考虑了气化环境对煤粉燃烧/气化的影响、颗粒孔隙变化、CO和H2对气化的抑制作用等。该简化模型能够预报气流床气化炉中炭粒与气体环境之间明显的真实温度差异。　　 (5)在湍流煤粉火焰中，静止的颗粒边界层(Stagnant boundary layer)有可能被湍流的随机无序脉动所破坏。本文将介观尺度的边界层反应现象与宏观尺度的气相湍流规律耦合起来，建立了湍流煤粉火焰中多相燃烧的跨尺度模拟方法。并在典型的煤粉旋流燃烧条件下讨论了跨尺度模拟方法的应用。