流化床因其高效的气固混合特性,且可同时完成颗粒的干燥、混合、包衣和制粒过程,成为制药工业中广泛采用的反应器。其中,带有Wurster芯管的底喷流化床是制药工业普遍采用的一种设备,可有效避免湿式死床和颗粒聚团现象的产生,加强颗粒的分散性,提高包衣效率和成品质量。但由于底喷流化床中气固两相流动本身的复杂性及结构的特殊性,监测运行过程中床内气固流场的变化、优化床体结构和运行工况、保证包衣效率和成品质量也变得更为复杂。寻找合适的方法监测制药流化床中的复杂气固两相流动及颗粒干燥过程、优化床体结构和运行工况,成为提高生产效率、保证制药产品质量的前提。本文以制药流化床为研究对象,结合数值模拟和实验测量方法,研究Wurster流化床中的复杂气固两相流动,探究不同曳力模型、几何尺寸和运行工况对床内流场的影响,为之后Wurster流化床数值模拟中模型的选取及其几何结构和运行工况的优化提供理论基础和方向指导。同时,结合颗粒干燥三相数学模型,对制药流化床中的颗粒干燥过程进行研究,并与数值模拟方法进行结合和对比分析。论文主要从以下三个方面展开:首先,针对Wurster流化床中的流场特性及数值模拟模型的选择,本文基于欧拉-欧拉双流体模型数值模拟方法和电容层析成像技术(ECT),对Wurster流化床内的气固流动进行了三维非稳态数值模拟和实验测量,研究了床内的复杂气固两相流动特性,探究了不同曳力模型对流场数值计算结果的影响。通过与实验测量结果进行对比,得出了适用于Wurster流化床数值模拟的曳力模型。数值模拟结果准确地再现了流化床"上稀下浓"的分布特征、颗粒在床内四个区域中的连续循环状态及密相区气泡的产生和分布。床内的压力损失主要集中在床层底部,且压力信号表现出很强的周期性。Wen-Yu和Gidaspow曳力模型计算结果与ECT测量结果吻合较好,而EMMS模型计算结果并不能准确再现气泡的产生与分布,与ECT测量结果相差较大。其次,为了对Wurster流化床的几何结构和运行工况进行优化,本文基于欧拉-欧拉双流体模型数值模拟方法和电容层析成像技术(ECT),利用Wen-Yu曳力模型,研究了不同芯管与布风板间距、芯管高度、芯管直径和表观风速对床内气固流场的影响,寻求各个变量参数的优选值。同时,对各参数的计算结果进行敏感性分析,得到了各参数对流场特性的影响程度,为之后流化床的优化提供了方向。研究结果表明,芯管直径对床体内的气固流场变化的影响程度远远大于芯管与布风板间距和芯管高度;当主要考虑气泡行为特征时,芯管与布风板间距、芯管直径和芯管高度对气泡当量直径的影响程度均较大。最后,本文结合颗粒干燥三相数学模型和数值模拟方法,对制药流化床中的干燥过程进行了研究。同时将两种方法的计算结果进行对比,探究了将两种方法结合的可行性。研究表明,颗粒在干燥过程中依次经过预热阶段、等速率干燥阶段和降速率干燥阶段;气固两相间的热交换和质交换主要发生在气泡相与颗粒间的交界处;床体结构、表观风速和颗粒参数对颗粒干燥过程有很大的影响;且干燥过程中,颗粒湿度和温度近似为一一对应的关系;Gunn关系式与欧拉-欧拉双流体模型的耦合并不能很好地再现流化床中具有相变和传热过程的气固两相流动过程。基于上述研究,本文很好地再现了制药流化床中的气固两相流动过程及颗粒干燥过程,给出了曳力模型、芯管结构及表观风速的优选值,得到了各参数对气固流场特性的影响程度,为之后制药流化床数值模拟研究方法的选取提供了依据,为流化床结构和流场的进一步优化提供了方向和理论基础,为颗粒干燥过程的进一步研究和优化提供了指导。