循环流化床热解拔头工艺可以实现低阶煤/生物质等高挥发分固体燃料的高效分级转化利用。本论文采用实验和数值模拟相结合的研究方法,在颗粒尺度上考察了煤和生物质单独及共热解特性,探讨了不规则形状颗粒与其周围流体间相互作用机制。然后针对循环流化床内气固两相流动CFD模拟中曳力的重要性,具体分析了基于直接数值模拟、能量最小多尺度方法和实验数据回归三种不同方法获得的曳力模型对预报结果的影响,开展了循环流化床内气固两相流动特性的三维全循环数值模拟,进而耦合二元颗粒及颗粒与气相间热量传递模型和热解动力学模型,预报了流化床内低阶煤热解反应的时空特性。旨在提高对循环流化床内高挥发分固体燃料热解过程复杂多尺度特征的认识。在颗粒尺度上,采用热重与质谱联用法研究了云南小龙潭褐煤和能源植物芦竹的热解过程。具体考察了两种高挥发分固体燃料热解过程的热反应特性及升温速率的影响行为,获得了热解过程气体产物的析出规律。通过比较掺混比对共热解过程的影响,发现能源植物和褐煤分别在低温和高温阶段呈现主导作用的原因取决于各自组成特性。通过分析掺混比与升温速率对混合物热解的影响,探讨了两种高挥发分固体燃料共热解过程的协同效应。针对褐煤、能源植物及其混合物的复杂体系,基于一系列单一反应假设的分布活化能模型获得了热解过程的反应动力学参数。针对煤和生物质等高挥发分固体燃料流化床热解及其他热化学转化过程所涉及的不规则复杂颗粒体系,将格子Boltzmann法与颗粒的数字化方法进行双向耦合,在颗粒/介尺度上分析和模拟了流体与单一颗粒及颗粒群间的相互作用力。预报了颗粒雷诺数0.1到3000范围单一球形/非球形颗粒的绕流过程,基于文献实验数据和经验关联式探索了数字颗粒的分辨率、形状、方位及雷诺数对曳力系数的影响规律,并考察了规则分布和随机分布球形颗粒群的Stokes绕流特性。为不规则形状颗粒体系流态化过程CFD模拟相间曳力本构关系的构建提供了一个新的思路。基于双流体模型建立了描述流化床内气固两相流动的CFD数学模型,详细比较了颗粒尺度(直接数值模拟方法)、介尺度(能量最小多尺度方法)和反应器尺度(经典实验关联式)所获得曳力模型对床层压降、颗粒相浓度和速度时空分布等流动特性的影响。同时,采用网状静电传感器和压力传感器分别考察了流化床内颗粒速度和床层压降分布特性。定性和定量比较结果验证了相间曳力模型是决定数值预测可靠性与准确性的重要因素,基于实验获得的经验关联式对于本论文所采用的Geldart B类颗粒体系具有良好的预报能力。在反应器尺度上,通过三维全循环数值模拟预测了循环流化床内气固两相流动的多流态分布特征。结果表明循环流化床稳定运行对操作条件要求十分严苛,需要综合考虑提升管、鼓泡床和溢流阀等各部分间的相互影响,反应器之间的耦合作用主要表现在提升管操作气速对鼓泡床内气固流动特性的影响。通过详细考察颗粒物性与操作条件的影响,明确了提升管操作气速是控制循环流化床内颗粒循环流率的关键因素。进而耦合流动、传递和反应过程,建立了描述流化床内低阶煤流动与热解过程的CFD数学模型,初步预报了流化床内低阶煤热解行为。