油基钻井液在石油及页岩气开采中应用广泛,但同时也产生了大量的含油钻屑,平均每完钻一口井将产生300立方米含油钻屑,热解析方法是一种能量回收型含油颗粒热化学处理方法,能够有效降低含油颗粒含油率至1%以下。本文以含油颗粒热解析方法为研究对象,结合数值模拟与实验研究,在欧拉-拉格朗日框架下,建立了可对稠密气固两相流场颗粒流运动及热传导进行计算的计算流体力学耦合离散单元法(CFD-DEM)计算平台,系统研究了含油颗粒运动过程中的能量转换及热传导机理,并实验研究了含油颗粒固液分离规律及能耗特性。基于离散单元法,计算了颗粒碰撞过程中颗粒变形、滑动摩擦力做功、滚动摩擦力做功产生的热量,基于Hertz弹性理论,引入模型参数表征颗粒碰撞接触面与气体的对流换热,结合颗粒、叶片及搅拌桶热传导系数,建立了干颗粒流场中的能量转换模型;采用Sun“短接触”传热模型计算干颗粒碰撞过程中的接触热传导。基于干颗粒能量转换模型,研究了湿颗粒表面液相粘性力做功产生的热量,计算了湿颗粒碰撞过程中产生的热量;采用Sun“短接触”传热模型计算湿颗粒-几何体接触过程中的热传导,对湿颗粒间的接触热传导,基于Cheng“长接触”模型与热阻理论,分别对固相间热传导与液相间热传导进行计算,提出了适用于湿颗粒间接触热传导的计算方法。为了计算搅拌桶内气体与颗粒、叶片、搅拌桶间的对流换热,结合计算流体力学方法,建立了 CFD-DEM耦合计算平台,将连续的几何体(叶片及搅拌桶内壁)看作正方体集合,将搅拌桶桶壁看作由内壁和外壁组成,内壁参与CFD-DEM耦合计算,而内壁与外壁、外壁与搅拌桶外空气的热传导单独进行CFD计算;将颗粒流动过程中的能量转换模型和热传导模型整合到耦合计算平台中,完成了对稠密气固两相流场内产热及热传导的模拟计算。湿颗粒流场中液相质量-颗粒温度关系通过实验方法获得,并设置为CFD模拟的边界条件。为了验证文中提出的模型和计算方法,设计了含油颗粒热解析实验台,检测了搅拌桶外壁温升与搅拌桶内颗粒运动数据,分析了不同搅拌速度、填充率、颗粒粒径及含液率对搅拌桶外壁温升的影响规律,校正了滑动摩擦过程中的功热转换系数,模拟结果与实验数据间误差小于3%,能够为分析流场内颗粒运动和产热提供可靠数据。基于CFD-DEM耦合计算平台,定量分析了搅拌转速、填充率、颗粒液含量、叶片设计对温度变化的影响,结合颗粒流场流动规律,揭示了稠密气固两相流场内能量转换机理和热传导规律,颗粒变形热与摩擦热是主要的热源,摩擦热主要产生在搅拌桶内壁,叶片数目及其轴向间距是影响温度上升速度的主要因素。实验检测了不同搅拌速度、不同填充率、不同粒径及不同液含量对含油颗粒流场蒸汽产生速度的影响,结合桶壁温度上升规律,分析了含油颗粒温升速度、叶片搅拌速度、粒径及液含量对含油颗粒固液分离的影响规律,并结合不同工况下搅拌轴扭矩变化情况,分析了含油钻屑热解析处理的能耗特性。