作为一种清洁能源，氢能的利用引起全球的关注。在诸多制氢方法中，煤气化一步法制氢是极具工业应用前景的一种崭新的工艺。而推动这一工艺产业化的核心是制氢反应器的放大规律，计算流体动力学(CFD)则为获得这一放大规律提供了科学依据。　　 基于以上背景，本文将CFD应用于模拟煤气化一步法制氢过程，扩展了基于颗粒动力学理论的双流体模型，使其分别能够模拟煤气化过程中的两类主要反应器即流化床和气流床内的气固两相流动和反应，并采用相应的实验数据加以验证，确保模型预测的准确性，为将来工业放大和应用提供科学基础。主要内容和创新点如下：　　 (1)针对流化床和内构件，建立三维复杂几何结构模型，数值模拟特殊的流型结构节涌流态化，考察不同内构件对节涌流态化的抑制作用，并提出面非均匀指数(FNI)和体非均匀指数(VNI)的评价方法，对不同内构件在流化床内的混合效果进行评价。计算结果表明，气栓(大气泡)向上运动是因为上下两端静压力陡变，产生较大压差推动的结果；气栓(大气泡)的维持是因为内部气体动压力较高，阻止颗粒进入。流化床内设置内构件可以破碎大气泡，抑制气泡的生长，使流场趋向均匀。　　 (2)将煤气化反应动力学引入到双流体模型，提出密相气固流化床传统煤气化流体动力学模型，其中，颗粒之间的碰撞由颗粒动力学理论来描述。煤气化异相反应速率由反应动力学和扩散两个过程共同决定，均相反应速率采用漩涡破碎-反应速率模型。利用该模型，可以成功地预测并形象地看到气泡的运动、气泡相反应区和乳化相反应区的速率变化，以及稀相低温区和密相高温区。　　 (3)煤气化模型从固相单组分模型发展到固相多组分模型，建立新型的气流床煤气化一步法制氢流体动力学模型。计算结果表明，在垂直管的充分发展段，气-固异相反应区也会形成环-核结构。从气化炉底部进料区可以观察到气体速度的等值线图类似于火焰形状，气体温度的等值线图也同样有类似形状。高压有利于CaO吸收CO2，继而推动水-气变换反应的平衡向生产氢气的方向进行。通过数值模拟和分析，认为气流床气化炉不是煤气化一步法制氢过程的最优反应器形式。