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随着气固循环流化床反应器在能源、化工及生物质加工等领域的广泛应用,其相关基础研究成为流态化领域的研究热点。研究表明,循环流化床中由于颗粒聚团的存在使得气固流动偏离平推流状态,导致气固接触效率降低、化学反应的选择性变差以及相间传质传热性能减弱。为了充分认识循环流化床内气固流动特性,尤其是颗粒聚团对气固接触特性的影响,本研究搭建一套12 m的二维循环流化床冷模实验平台,在表观气速5～9 m/s、颗粒循环速率100～300 kg/m2s的操作范围内,详细研究了颗粒流动整体分布特性,重点研究了颗粒聚团分布特性及操作条件对其影响规律。同时,采用臭氧催化分解反应作为模型反应对循环流化床内气固接触效率进行了详细研究。在此基础上,详细讨论了循环流化床内气固流动特性尤其是颗粒聚团特性对臭氧降解反应的影响规律。循环流化床内颗粒浓度及颗粒速度表现为轴向及横向分布的不均匀性。颗粒浓度轴向上呈现出底部浓相段与顶部稀相段共存的典型指数型或“C型”的不均匀分布特点,自下而上可划分为三个区域:底部过渡段、充分发展段和顶部浓相段。其中,充分发展段内截面平均颗粒浓度与操作参数Gs0.6/（ρpUg）1.3具有较好的线性相关性。颗粒浓度横向上具有“中心稀边壁浓”的典型不均匀分布特点。并且,颗粒浓度均随颗粒循环速率增加或表观气速降低而增加。颗粒速度轴向上表现为类似颗粒浓度“三区式”分布规律,横向上呈现“中心高边壁低”的典型抛物线型分布特点。而颗粒整体流动分布的不均匀性主要是由于循环流化床局部存在颗粒聚团造成的。其中,聚团平均颗粒浓度在0.002～0.28范围内,较局部颗粒浓度高30%左右。操作条件对聚团平均颗粒浓度的影响规律与上述气固整体流动特性相一致。通过详细考察各操作条件下聚团平均颗粒浓度分布规律,本研究得到了其与局部颗粒浓度间的定量关系式。颗粒聚团时间分数均处于30～50%之间,充分发展段壁面处可达40%,并与局部平均颗粒浓度存在定量。颗粒聚团出现频率则与气体湍流程度密切相关。颗粒聚团出现频率在循环流化床底部区域最低约100 Hz,而在过渡段约1.3 m处最高可达到1200 Hz。在此研究基础上,采用臭氧催化分解反应作为模型反应,详细考察了臭氧浓度的轴向及横向分布特性,并探讨了气固流动特性尤其是颗粒聚团特性对气固接触效率的影响规律。臭氧浓度轴向上表现为循环流化床底部略有增加后逐渐降低,直至近似呈直线型下降的趋势。循环流化床底部区域臭氧转化率占总转化率近80%,横向上呈现中心高边壁低的典型抛物线型分布特点。在较低表观气速或较高颗粒循环速率下臭氧横向分布愈加均匀,臭氧转化率也有所提高,总转化率最高可达90%。结合气固流动分布特性以及臭氧浓度分布特性可知,循环流化床内臭氧浓度分布特性与气固流动特性分布有直接关系,尤其是与颗粒聚团有较好的量化关系。综合上述研究,本论文得到臭氧浓度与颗粒浓度及颗粒聚团特性参数,如颗粒聚团时间分数、出现频率以及聚团颗粒浓度间的定量表达式。且通过该定量表达式计算得到的气固接触效率数据与实验测得数据基本一致,计算误差在20%以内。