在烟草行业，烟草物料的流态化加工广泛存在于打叶去梗、气流干燥、烟丝膨胀、松散冷却、风选除杂、气力送丝等操作单元，而烟丝作为细长丝状颗粒的代表，其本身的运动特性较球型颗粒复杂。在两相或多相流的流态化过程中，细长的柔性丝状颗粒又极大地增加两相流动的复杂性，由于连续流体与颗粒相互作用、颗粒与颗粒相互影响，该类颗粒流态化特性涉及材料力学、流体力学、流变学、多刚体系统、湍流理论等多个方面。目前，对该类烟丝颗粒流态化加工中的气固流动特性研究还不完善，同时工业流态化加工中也存在烟丝团聚、造碎、干燥质量不均匀等问题。因此，开展烟丝流态化加工过程中流动特性研究，对于烟草流态化加工工艺的优化调控、提高烟草在制品加工质量稳定性具有重要意义。　　近年来以计算流体力学为基础的气固两相流模拟取得了较大的进步，但对于以烟丝为代表的细长柔性丝状颗粒多是基于球型颗粒的假设，与烟丝的真实形态相差甚远，很难较为真实的展现出烟丝的流动特性。因此本文对烟丝物理属性及运动特性进行了详细的分析，构建出了柔性丝状颗粒模型，将其与开源的流体力学软件OpenFOAM耦合，实现CPU-GPU并行模拟计算程序。同时用其对柔性丝状颗粒的流化特性进行了数值模拟与实验验证。此外，针对工业级气流干燥器干燥过程中的水分不均一、烟丝结团等问题，采用开源的流体力学软件与固相颗粒的高性能大规模超级计算相结合,对烟草加工过程中的工业级流态化气流干燥设备进行了全三维的数值模拟，并对干燥器进出料结构进行了优化设计。本课题得到以下结论：　　(1)针对烟丝颗粒运动特性，构建了柔性丝状颗粒模型，将其与开源的流体力学软件OpenFOAM耦合，实现CPU-GPU并行模拟计算程序。用其对柔性丝状颗粒在流化床中运动特性进行全三维的数值模拟，展现了柔性丝状颗粒流化过程中的扰动、缠绕、团聚等运动特性，发现并揭示了流化过程中柔性丝状颗粒的一些分布规律。模拟结果与实验的结果相符合。从而证明了构建的柔性丝状颗粒模型的可行性，以及在对细长柔性丝状颗粒气固两相流模拟的适用性和可靠性。　　(2)通过CPU-GPU并行计算程序，模拟研究了烟丝在不同操作气速、加料速率条件下流化过程中的运动特征。模拟结果发现柔性丝状颗粒在流化状态下明显的存在取向分布，柔性丝状颗粒的中心与纵轴线夹角在10°~25°之间明显占优，这说明在流态化下柔性丝状颗粒更倾向于竖直的状态，进而达到稳定平衡。这一结果与实验符合很好。　　(3)针对工业级烟草CTD气流干燥器，利用超算集群平台结合OpenFOAM软件，对气流干燥器中的气相流场分布特征、颗粒在干燥塔内的空间分布以及颗粒停留时间分布进行全三维的数值模拟。结果表明：不带导流板的CTD干燥设备在主体干燥区域内存在颗粒分布不均匀，出口偏料行为。带导流结构可以很好改善颗粒在干燥主体区域内的径向分布，同时带导流板的结构颗粒停留时间也更为均一。　　(4)通过数值模拟分析，研究工业 CTD气流干燥器中导流板结构对气固流动结构的影响。利用超算集群平台结合开源的流体力学数值模拟软件对工业级CTD气流干燥器进料口内添加不同弧形导流板结构进行全三维的数值模拟，结果表明：所设定的A、B、C、D四种导流板结构中，不同的导流板都能改善对颗粒在主干燥区域的径向分布，对颗粒分布均匀性改善效果为D;C;B;A;O，对颗粒停留时间均一性改善效果为D;C;B;A;O。　　(5)针对卷烟厂工业 CTD气流干燥器目前存在的出料口偏料问题，模拟优化了干燥器出料口结构。通过将工业CTD气流干燥器出料口偏料侧壁修改为以最速曲线为基础的曲面结构，对此曲面结构的干燥器进行了气固全三维的数值模拟，结果表明：以最速曲线为基础的曲面结构可以较好的将出料口偏料侧的烟丝进行导流，烟丝在出料口趋于中间均匀分布。