在球床中,由于填充物的几何结构受容器壁面的影响,孔隙率在壁面附近急剧上升。在这种径向孔隙率的分布状态下,流体流过球床通道时,靠近壁面处的流体流速相对较高,称之为“边壁效应”。由于存在边壁效应的影响,靠近管壁附近和球床中心附近的流动和温度分布会有较大差异。因此,常规结构（单一球径）的球床通道,其单位阻力压降往往较高,且由于通道中心区域内部流速较低、存在流动死区等,流体在球床内分布不均匀,壁面有明显的旁路流,降低了球床内的对流换热性能。因此,本文为了解决小管径比球床通道的边壁效应,使得球床填充球床通道内部流体分布更加均匀,进而提高局部传热能力。采用离散单元法（DEM）对填充过程进行了数值模拟。比较了径向分层复合球床通道与常规结构球床通道径向孔隙分布的差异。选择内径100mm的实验段和8mm、10mm、12mm、14mm四种无色透明的玻璃球（径比范围在3-10）,径向分层复合结构中心填充14mm的球体颗粒,分别改变外层球体颗粒大小进行阻力压降实验和数值模拟。通过改变球径大小,得到了不同的径向分层复合球床,将这些球床的几何结构引入计算流体动力学（CFD）模拟中。研究了球床内的流体流动和换热特性,并利用实验结合数值模拟的方法,对得到的CFD模型进行了验证。对数据进行模型验证、孔隙率分析、压降阻力分析以及换热特性分析,发现径向分层复合结构球床通道在降低压降方面和提高整体换热效率方面体现优势,在相同的流速下,只需要大约30%-40%的常规结构球床通道的阻力压降值,换热效率有显著提高;对比实验和数值模拟发现常规结构球床通道实验过程和数值模拟过程单位压降的平均相对误差约为10%;径向分层复合结构球床通道实验过程和数值模拟过程的符合情况良好,平均相对误差12%,其中最小相对误差4.5%,符合预期要求。