稠密气固流动系统在能源、环保、冶金、化工、材料、制药等领域的物理和化学过程中有着十分广泛的应用，在众多稠密气固流动系统的物理和化学过程中，绝大部分情况下颗粒的形状都是非球形（如条状、柱状、块状、椭球状、药片状、环状和锥状等）。稠密气固系统的两相流动存在复杂的多尺度结构，与球形颗粒体系相比，非球形颗粒还具有自身的特点和难度。国内外针对稠密非球形颗粒气固流动的研究尚处于发展阶段，不同尺度下气固相互作用机理未被完全掌握，至今尚未形成较为完整的理论体系，以至于在稠密气固系统的结构放大、设计和优化等方面都遇到一定的困难。本文从试验和数值模拟两个方面，对稠密气固非球颗粒运动机制进行了较深入的研究。　　 构建了“激光+双高速CCD耦合成像”非球形颗粒曳力试验系统，通过捕获非球形颗粒在均匀流场中的运动，研究了高颗粒雷诺数下湍流场中非球形颗粒的曳力特性，获得了圆柱、圆盘、正方体、长方体等四种非球形颗粒的曳力系数随颗粒物性参数（形状、大小、密度）和操作参数（气流速度、颗粒雷诺数）的变化规律。在此基础上，关联了非球形颗粒曳力系数与颗粒物性参数、操作参数之间的关系，提出了颗粒雷诺数范围412＜Rep＜41257，球形度范围0.419＜(φ)＜0.874，平坦度范围0.494＜da/dv＜1.678的非球形颗粒曳力系数关联式。　　 实践发展了非一致性网格下气固耦合离散元数值模拟方法。气相场采用精细协调的高密度网格，颗粒场采用均匀粗大的正六面体结构化网格，气固两相双向耦合后既可以捕捉流场演化过程的区域流动细节，也可以快速计算颗粒在流场中的介尺度受力和运动。在此基础上，构建了稠密气固系统的CFD-DEM并行数值模拟平台，并成功应用于球形颗粒在柱锥形喷动床的喷动过程的模拟计算中，颗粒速度和孔隙率计算误差分别为12.1％和10.6％。　　 在稠密气固耦合离散元数值模拟的基础上，系统的建立非球形颗粒气固耦合离散元模拟的核心数理模型。发展了非球形颗粒的三维球元构建理论，提出对球元构建质量的评估方法，获得了较为通用的构建非球形颗粒所需的球元数量及排列规则。分析了同种非球形颗粒和不同种非球形颗粒之间的碰撞受力机制及碰撞力模型和曳力模型对模拟精度的影响，并将本文提出的非球形颗粒曳力系数模型引入曳力模型之中，建立了稠密非球形颗粒系统的CFD-DEM并行数值模拟方法及平台，实现了多种非球形颗粒混合体系的CFD-DEM并行数值模拟，适用于单种非球形颗粒体系和多种非球形颗粒混合体系，玉米和圆柱颗粒的喷动床试验验证了流型、压降以及速度分布等重要流体动力学特性。　　 基于本文所建立的稠密非球形颗粒系统的CFD-DEM并行数值模拟平台，模拟了球形-玉米颗粒混合物在喷动床的流动过程，获得了不同颗粒物性参数下和操作参数下的宏观尺度气固流动结构、介观尺度颗粒速度、浓度和混合特性、颗粒尺度颗粒运动轨迹、颗粒碰撞和颗粒受力等信息。此外，模拟了球形-多种非球形颗粒（包括圆柱、圆盘、片状、椭球、正方体等）在流化床的混合流动，获得了不同操作参数下的宏观尺度气固流动结构、介观尺度颗粒浓度分布和混合特性以及颗粒尺度颗粒碰撞和受力信息，从数值试验的角度揭示了非球形颗粒在喷动床和流化床的多尺度运动机制。