煤炭是我国主要的一次能源，且绝大多数煤炭资源储量是低阶煤。因此，开发低阶煤的高效利用工艺，对我国能源、环境的可持续发展意义重大。煤拔头固体热载体工艺是一种高效清洁利用低阶煤的技术，该工艺中高温循环灰作为固体热载体加热煤颗粒，使得煤颗粒在高温情况下快速热解;热解后的固态剩余物进入循环流化床锅炉燃烧，生成的新的高温循环灰。下行床以其轴向返混小、停留时间短，颗粒分布均匀的特点，成为此工艺中热解反应发生的主反应器。下行床反应器中的快速热解过程能够有效避免目标产物焦油的二次反应，使热解过程获得更多的目标产物。　　随着计算机技术和数值计算方法的飞速发展，计算流体力学(ComputationalFluid Dynamics，简称CFD)方法为探究工业反应器内气-固反应流的复杂流动状态和时空多尺度结构提供了有效途径。本论文针对下行床中固体热载体和煤颗粒的共存状态，构建了欧拉多流体模拟框架，动态耦合质量、动量、能量传递和化学反应（简称“三传一反”），用以研究反应器内的流动、传热传质及反应特性。研究过程中，将下行床中以颗粒团聚物形式存在的介尺度非均匀结构引入相间作用模型（曳力模型、传热模型）来封闭守恒方程。　　绪论介绍了煤热解工艺和下行床反应器的研究进展，对各类流化床中双组分颗粒共存状态下气-固多相流的流动、传热及反应流研究现状进行综述，重点介绍了各类反应器中气-固反应流的CFD模拟工作，并在此基础上引入本论文的课题背景（煤拔头固体热载体工艺）和研究对象（下行床煤热解反应器）。　　论文首先针对下行床中双组分颗粒共存状态下的气-固多相流进行模拟，模拟结果经实验验证后，通过两种分离混合指数分别评价了双组分颗粒在高度方向、全床范围的混合分离程度。此部分模拟结论认为下行床中双组分颗粒的混合效果优于其他类型流化床，双组分颗粒分布均匀。　　随后，本文研究了下行床中双组分冷、热颗粒的传热工况。此部分结论认为选用随温度变化的物性函数、采用多组分颗粒动理论模拟出更合理的下行床流动、传热状态。在模型基础上，进一步研究了下行床进口分布器结构对流动、传热的影响，从设备角度为工艺优化提供依据。　　在双组分颗粒流动、传热模拟基础上，本论文将煤热解过程中一系列物理化学过程（煤热解、物理水蒸发）与质量、动量、能量传递相耦合，建立适用于煤热解反应器的多流体模拟框架，模拟并预测行床中流动、传热传质和反应状态。模拟结果认为，煤颗粒进料温度对下行床中煤热解过程至关重要，而实际工艺操作中的进料温度不足，使下行床中煤颗粒反应不完全。同时，通过对传热机理贡献大小的分析，研究结论认为气-固传热、颗粒间热辐射是传热量最大的两种传热机理，而不同颗粒的固-固相间传热小到忽略不计。　　上述研究发现煤颗粒在下行床中升温幅度过小，导致煤热解反应不完全。于是，论文进一步研究了煤颗粒从下行床出口落入料仓而继续发生热解的情况。此研究利用已建立的模拟框架，将下行床和料仓联合装置同步模拟。模拟结果显示，料仓中呈现剧烈鼓泡状态，煤颗粒在料仓中被加热升温至较高温度，继续发生热解。计算下行床、料仓出口处产率发现，下行床的出口产率远远小于中试试验产率值，说明停留时间短的原因导致了煤颗粒热解不完全;部分工况的料仓出口产率预测值与中试试验产率一致，说明未反应完全的煤颗粒在料仓中继续热解，料仓成为工艺中的重要反应区域。