本文以柱状催化剂随机堆积的固定床反应器为研究对象,对床层的颗粒堆积结构、流场流动及甲烷化反应过程做了模拟研究。主要工作和结论如下:(1)根据实际催化剂的尺寸,利用DEM软件,建立了实际形状下柱状催化剂三维模型,保障了后期计算结果的可靠性。(2)采用CFD-DEM的方法,对柱状催化剂随机堆积的固定床进行冷态模拟,结果表明,此方法能够较好地模拟柱状催剂床层堆积过程及流场分布特性。(3)冷态下,通过CFD-DEM耦合方法对催化剂颗粒堆积结构的影响因素和床层内部流场特性进行模拟研究。(1)改变床层的直径与催化剂的直径的比值N,对直径比分别为3、5、10、20的催化剂床层进行流场特性数值模拟。结果表明,当N=5时,床层内部的流体流动较平稳均匀,波动幅度较小,有利于流体传质传热。(2)改变催化剂床层的高与床层直径的比值,即高径比H/D,对高径比分别为0.5、1、2、3、4催化剂床层内部流场特性进行数值模拟,结果表明,高径比H/D值越大,即床层的高度越高,床层的直径越小,床层的压降越大。(3)改变催化剂的直径与高的比值(d/h),对d/h为0.3、0.5、1、2、3、4的催化剂床层内部流场进行数值模拟,结果表明,d/h为1时,床层内部颗粒堆积最密实,空隙率最小,床层压降最大。(4)热态下,通过CFD-DEM耦合方法对柱状催化床内部的甲烷化反应模拟,获得了床层内部温度场、组分浓度等特征参数场分布,探究了物料进口速率和进料温度对甲烷化的影响,并对床层高度与床层直径的比值和床层段数对甲烷化反应的影响进行探究。获得的相关结论为实际生产提供建议。