特种环境下深井内颗粒物的收集是一个相对复杂的过程,该工况下气力收集相比于机械式收集有着得天独厚的优势。气力收集装置体积小、灵活度高,必要时使用柔性管道能实现对复杂环境的适应。本文设计了一种颗粒物气力收集装置,并对执行部件的性能进行试验测试及仿真分析,为将来的研究人员解决类似问题提供借鉴和参考。本文首先设计颗粒物气力收集装置的总体方案,对抽吸流场下颗粒的力学行为进行调研,将颗粒物在收集过程中的运动分为起动、提升、分离这三个阶段。根据深井内部几何空间的特点,采用真空发生器和旋风分离器作为主要执行部件能大幅减小装置体积,使其具有更好的安装工艺性。其次,对颗粒进行受力分析,建立单球形颗粒的动力学方程,计算得到垂直提升时的悬浮速度和颗粒粒径、密度之间的关系,以此为依据设计了以真空发生器作为执行机构的抽吸装置,并进行参数细化。建立颗粒在旋流场中离心沉降运动的动力学方程,设计了两种不同形式的旋风分离器用于分离颗粒物。基于柱面坐标的描述方法,采用R轴、X轴和Z轴的空间三自由度移动装置控制井下部件精确落位。然后,搭建颗粒物抽吸试验平台对收集装置的性能进行测试。对真空发生器的流量特性进行标定,同时还得到了两种旋风分离器的压损系数。使用玻璃珠、石英砂作为抽吸物料,试验得到密度和堆积特性。对旋风分离器的分离效率进行测试,结果表明切向式旋风分离器分离性能优于轴向式。对颗粒群进行抽吸试验,观察发现颗粒群在抽吸流场下形成了两侧凹、中间平缓或略微上凸的稳态固相界面,记录了颗粒群的质量变化并以此作为后文验证仿真可信度的依据。最后,对颗粒收集过程进行CFD-DEM耦合仿真,并以试验结果作为校对。分离过程的仿真结果表明,轴向式旋风分离器分离性能较差的原因是颗粒和壁面、颗粒之间的碰撞效应对运动状态的影响太大。对抽吸过程的仿真得到了颗粒群的固相界面,结合初始起动流场分析了颗粒起动和固相界面的形成机理。上述结论为将来整个装置更深层次的优化提供了依据。