气固流化床反应器广泛应用于化学化工相关领域中，由于颗粒的运动以及流体颗粒间的高效接触使其具有优良的传热和混合特性。对于传热而言，流化床有三种方式，分别为颗粒-壁面间传热、颗粒-颗粒间传热及流体-颗粒间传热。现有的研究主要针对颗粒-壁面间传热及颗粒-颗粒间传热，对流体-颗粒间传热研究较少。由于目前很难通过实验的手段准确测定流体及颗粒温度，此外流化床内复杂的流动结构进一步增加了实验难度，因此流体-颗粒间传热的实验研究较难开展。近年来，计算流体力学模拟(CFD)在流化床研究领域得到广泛的应用。CFD从流体力学基本方程入手，通过模拟能够得到颗粒尺度的信息，因此在研究流化床流体-颗粒间传热及流化床多尺度结构中具有广阔前景。　　本论文首先采用欧拉-欧拉方法模拟了二维中心射流鼓泡流化床及鼓泡流化床，构建了气泡运动与流体-颗粒间传热特性的关系，发现流化床中流体-颗粒间传热系数与气泡的运动的剧烈程度呈正相关。但是，现有曳力模型均未考虑流场非均匀性，从而无法准确捕捉气泡信息。因此，本文在二维鼓泡流化床内建立了基于气泡的能量最小化多尺度模型，用于研究流场非均匀性对流化床流体力学行为的影响;同时通过模拟单分散和双分散颗粒体系，从“颗粒温度”、湍动能谱及颗粒混合指数等参数的角度验证了模型的准确性。具体包括以下内容:　　论文第三章研究了二维中心射流鼓泡流化床中气泡运动对传热特性的影响，并通过分析床层不同轴、径向位置处瞬时及平均传热系数来构建气泡运动与传热系数的关系。模拟过程发现曳力模型对气泡特性影响很大，其中Syamlal OBrien曳力模型能更准确地捕捉气泡信息。模拟结果表明，通过分析床层颗粒浓度的分布可以将中心射流鼓泡流化床分为三个流动区域，分别是中心射流区、壁面区及床层上部自由区。中心射流区由于气泡的剧烈运动而呈现较高的“颗粒温度”，而壁面区及床层上部自由区的“颗粒温度”较小。与此同时，本文通过对比轴、径向雷诺应力及轴、径向湍动能谱发现两者的轴向值均大于径向值，从而表明床层内流体以轴向运动为主。同时模拟结果表明，气泡尾涡处流体-颗粒间瞬时传热系数达到最大。床层中心处瞬时传热系数的脉动强度高于壁面处传热系数的脉动。由此构建出气泡运动对传热特性的作用机制，即传热系数正比于气泡运动的剧烈程度。此外，不同轴向高度处平均传热系数随着床层高度的增加、颗粒浓度的降低而减小，并且在壁面处出现最大值。壁面处出现最大值的原因是颗粒容易在壁面处堆积，从而形成较高颗粒浓度。　　论文第四章研究了二维鼓泡流化床反应器的传热特性，并考察了曳力模型、壁面边界条件、入口气速、静床高、颗粒粒径等参数对传热特性的影响。研究结果表明，传热系数脉动与床层中气泡运动密切相关，传热速率由颗粒比表面积主导而非流体-颗粒传热系数主导;传热系数随着静床高和入口气速的增加而增加，随颗粒粒径的减小而增加;气相和颗粒相温度分布表明气体分布板附近便达到热量平衡。研究同时发现，流体颗粒间传热系数受曳力模型的影响较小，经分析可知这是因为所选曳力模型均未考虑流场非均匀性，无法准确捕捉气泡信息。　　第五章研究了二维鼓泡流化床内流场非均匀特性对鼓泡流化床流体力学特性的影响，尤其是其中的介尺度结构——气泡。建立基于气泡的能量最小化多尺度(EMMS)曳力模型来考虑流场非均匀性对流体力学行为的影响，将模拟结果与未考虑流场非均匀性的Gidaspow曳力模型的模拟结果对比。结果表明，EMMS模型模拟得到的气泡直径及床层高度小于Gidaspow模型的结果，而颗粒相浓度大于Gidaspow模型结果。此外，EMMS模型模拟得到压力梯度及气固滑移速度大于Gidaspow模型结果，颗粒雷诺数及“颗粒温度”等湍动参数小于Gidaspow模型结果。与文献中实验数据对比发现，EMMS模型结果与文献值更接近。由此表明，流场非均匀性对气泡等流体力学特性的影响不可忽略。只有将流场非均匀性耦合在曳力模型内才能准确捕捉流场信息，从而为流化床的设计、放大提供帮助。　　第六章研究了二维鼓泡流化床双分散颗粒体系下，流场非均匀性对颗粒混合特性及流体力学特性的影响，如气泡特性、床层高度、颗粒浓度、湍动性（“颗粒温度”、雷诺应力、湍动能谱）等参数。通过EMMS模型模拟双分散颗粒体系，并将结果与Gidaspow模型结果以及文献中的实验结果进行对比。结果表明，EMMS模拟得到的双分散颗粒的混合指数与Gidaspow模型结果相比更接近实验值。同时，研究发现颗粒混合指数随着颗粒浓度的降低而增加，进一步证明了流场非均匀性对双分散体系流体力学具有的重要影响。对其余参数而言，Gidaspow模型结果得到的沉积相颗粒和漂浮相颗粒的“层流颗粒温度”轴向分布具有较大差异，而两类颗粒的“湍动颗粒温度”轴向分布则没有明显区别。Gidaspow模型得到的轴径向湍动能谱较EMMS模型结果大且更偏离kolmogorov-5/3定律，并且床层中心处轴径向湍动能谱大于壁面处湍动能谱。