气固循环流化床具有高气固接触效率、高传质传热效率、可连续操作等优点,在石油、化工、冶金、能源、环保等工业领域中均有广泛应用。气固循环流化床是由提升管、气固分离器、伴床和颗粒循环控制设备等组成的循环回路,各单元相互连接、相互影响。把循环流化床全回路作为一个整体进行研究,将能更全面系统地理解循环流化床内部流动规律。本文对宽操作域下循环流化床气固流动进行模型化构建,通过全回路数值模拟的手段探究不同操作条件和装置尺寸下系统内各单元间的相互作用规律,为气固循环流化床的设计优化和工业放大提供理论指导。首先建立了考虑气固非均匀结构的固相应力模型,解决了目前平均化的固相应力模型在高密度操作条件下不适用的问题。在双流体框架下耦合基于颗粒聚团的气固曳力模型和固相应力模型,建立循环流化床气固流动模拟方法。将模型预测结果与实验数据对比,该方法在低密度和高密度操作条件下均可合理预测提升管内的气固流动状态。以循环流化床全回路为模拟对象,应用以上建立的模型,探究系统气固流动特性。将颗粒循环量和提升管内固含率分布预测结果与实验数据进行对比,吻合良好。应用全回路模拟,对比低密度循环流化床和高密度循环流化床气固流动特性,结果表明高密度循环流化床颗粒循环量更高,系统波动性更强,所需推动力更大。对于较为复杂的体系,实现全回路模拟难度较大,需对装置进行简化,以提升管为模拟对象进行模拟。为寻求合理的简化方式,分别采用不同的提升管入口出口边界条件,预测提升管内气固流动,基于全回路模拟结果,确定准确性最高的单提升管模拟简化方式。通过全回路模拟,探究系统压力平衡、物料平衡,探究气速、储料高度、阀门开度以及流化风流量对系统流动特性的影响。储料罐中的储料高度决定了系统的总推动力和物料总量,气速、阀门开度和流化风分别对提升管、下料斜管和储料罐内气固流动产生影响,进而影响系统压力平衡,对其他单元内的气固流动特性产生影响。并基于数据驱动进行关键变量分析,找出高、低密度循环流化床关键操作变量,提出循环流化床操作调控方法。通过全回路模拟,探究提升管高度和管径对系统气固分布和提升管内气固流动特性的影响。较低的提升管内气固流动无法充分发展,大量颗粒堆积于其中。当气固流动达到充分发展后,提升管高度对管内气固分布影响减弱。因此中试装置提升管高度应保证管内气固达到充分发展,以降低放大过程中提升管高度的影响。提升管管径增大将增加提升管内气固流动在轴径向上非均匀程度,并且对颗粒聚团特性和分布规律产生影响。在放大过程中需充分考虑管径增加对颗粒聚团特性与分布规律的影响,颗粒循环量越大,影响越明显。