随着社会的发展,人们对能源的依赖程度在加强,造成了地球化石能源储量迅速减少。我国每年工业生产中的高温固体颗粒物产量大,余热资源丰富。若能有效利用,将对提高能源利用率,降低单位能耗,推进建设生态文明强国具有重要意义。高温固体颗粒的余热回收过程受到颗粒性质、颗粒空间结构、换热器结构以及运行参数等综合影响,仍缺乏系统性的研究。本文以填充床的直接传热特性为研究对象,以简单立方堆积、斜方堆积、楔形堆积和菱面体堆积为基本研究工况,建立了4种规则填充床的稳态传热模型。并利用自行搭建的简单立方堆积结构稳态传热实验台,验证了模型的可用性。通过对影响堆积结构的因素分析,在上述堆积结构的基础上建立了一系列传热模型。采用数值模拟的方法研究了4种规则堆积结构、床层厚度、颗粒接触角度和颗粒接触数对填充床传热特性的影响,主要结论如下:（1）颗粒堆积方式对填充床的传热特性有明显影响,斜方堆积的表观热阻最大,是菱面体堆积的1.77倍。壁面处的传热占比呈分组变化趋势。热壁面处的辐射传热占比为0.37～0.53,辐射作用影响较大,不可忽略。颗粒层气固耦合面辐射传热占比均在0.5以上（仅贴冷壁颗粒除外）,近热壁面处最高可达0.95。仅用空隙率表达上述影响是不完整的,需综合考虑不同堆积方式填充床的传热距离、颗粒接触角度以及颗粒接触数的影响。（2）不同堆积方式填充床的表观热阻与中间颗粒层数呈近线性关系,其中,斜方堆积的斜率最大,表观热阻增大了约3.2倍,斜率最小的菱面体堆积也增大了2.3倍。随着中间颗粒层数增加,贴壁颗粒与壁面的温差减小。热壁面的辐射传热占比均大于0.34,随中间颗粒层数增大呈先增大后减小的趋势。（3）填充床的表观热阻与平行于热流总体方向平面内的接触角（α）呈余弦函数关系,在0°～25°范围内变化较小。随着α增大,表观热阻呈下降趋势,总共减少了2.5%。颗粒层气固耦合面热流密度增大,气固耦合面的辐射传热占比减小。壁面处的辐射传热占比变化不大。填充床的表观热阻与垂直于总体热流方向平面内的接触角（β）呈余弦函数关系,β由0°增至30°,表观热阻增大了10.1%,与接触角度α相比变化更明显。随着β增大,壁面上的气相传热面积减少了14%,且颗粒堆积结构更紧密,使得辐射传热量更难以越层传递。（4）颗粒接触数减少对填充床表观热阻的影响非常明显,最大可增加30%,近冷壁面处颗粒的颗粒数减少影响更大。辐射传热弥补了部分因高温区域颗粒缺失造成的传热量的减小。中心球层内颗粒缺失的影响最小。缺失两颗粒的组合方式表明在密排层内同时缺失颗粒造成的表观热阻增大最明显,缺失两颗粒位置越靠近,对高温区的辐射遮挡的削弱作用越明显,有利于与温度较低颗粒层的辐射换热,因而使得填充床的表观热阻越小。