颗粒的流动与混合特性对传质、传热以及反应效率等具有重要影响。相较于鼓泡床,气固环流混合器中颗粒多次循环流动能够有效增强颗粒的对流、剪切与扩散作用,提高颗粒与颗粒之间的混合效率。然而,目前气固环流混合器的研究多集中于宏观的气固流动、传质、传热行为等,对混合器内局部流动、颗粒的混合特性及混合器结构对颗粒混合效果的影响还缺乏深入的认识。此外,混合器中颗粒沿径向的流动较弱、混合效率较低。本文提出了一种导流筒上带有槽孔的新型环流混合器结构,强化了颗粒沿径向的流动及混合,并对该混合器内颗粒的流动及混合特性进行了考察。本文首先采用欧拉-欧拉模型建立了三维流体力学模拟方法,对一种新型导流筒结构的环流混合器内颗粒流动特性进行考察。通过不同模拟参数下的预测值与实验数据进行对比,确定了网格尺度、曳力模型、镜面反射系数以及初始藏量等关键模拟参数。结果表明:与传统均匀化曳力模型相比,基于结构的能量最小化多尺度模型(EMMS)能够更准确的预测实验数据;镜面反射系数为0.5、壁面碰撞恢复系数为0.9以及藏料量为58 kg时,模拟预测数据与实验结果更加接近。采用建立的流体力学模拟方法,考察了导流筒上带有槽孔的新型环流混合器内不同操作条件下颗粒流动特性及混合特性。结果表明,导流筒上开槽之后,槽孔所在截面的压力在导流筒内>槽孔附近>环隙区,有效促进了颗粒在水平截面上的流动与混合。混合器底部区、下料管出口,槽孔所在截面以及气固分离区存在颗粒逆流或者错流接触,形成了环流混合器内多个高效颗粒混合区。在混合器底部,大约5%的板式分布器气体窜入环隙,将近83%的环形分布器气体进入导流筒。随着表观气速的增加,颗粒循环强度增大,但通过槽孔流入环隙的颗粒量比例下降。本文进一步优化了混合器内下料管结构以及开槽高度,结果表明,下料管直径S_c/S_d=0.112、出口高度为0.558 m,槽孔位于0.9 h_d时,颗粒总的循环量较大,有利于强化颗粒的混合。优化后的环流混合器内,最终颗粒混合均匀指数可达0.99以上,并且随气速及进料量的变化较小。为了简化新型环流混合器结构,对比分析了导流筒上不开槽孔的环流混合器、非强制环流混合器以及自由床混合器内流体力学特性及颗粒混合特性。结果表明,导流筒上无槽孔时,颗粒在水平截面上的流动及混合较弱。非强制环流混合器内,颗粒有序循环流动较弱,甚至不能形成有效环流,中心区与边壁区之间存在颗粒交换及混合行为,但混合强度较低。与气固环流混合器相比,非强制环流混合器以及自由床内颗粒循环流动较弱,易产生偏流、沟流,颗粒混合效率下降。考察了工业规模环流混合器内流体力学特性及颗粒混合特性,发现工业环流混合器存在颗粒对下料管壁的磨损、下料管窜气、偏流等问题,严重影响了混合器内颗粒的流动及混合性能。本文提出了一种带有锥形挡板的新型下料管出口结构,结果表明,安装有1.11D_c挡板的混合器内,窜气基本消除,偏流明显改善,循环质量流量提高62.5%。最终优化后的工业环流混合器内,混合均匀指数可达0.996,实现了冷、热颗粒的高效混合。