气固流化床颗粒的混合是反映固体颗粒在床内运动及传递(质量、能量和动量交换)的重要流动行为。然而，颗粒混合是实现不同组分相互混合的一个极其复杂的操作过程，尽管国内外对流化床颗粒混合做了较多的研究，但对颗粒混合深层次机理的研究较缺乏，尤其是在介观尺度上的混合特性，认识还很不够。随着流化床在工程应用领域的日益扩展，一些复杂的气固两相流动及非球异质颗粒的混合过程也不断出现，已有的认识应用于这些复杂过程尚有一定的局限性，迫切需要对气固流化床非球异质颗粒的介观混合特性进行深入的研究。同时，对气固流化床颗粒混合特性的掌握，无论是对于气固流化床的设计，还是对于操作运行的控制和优化，都具有重要的学术意义和工程参考价值。　　 本文首先在小尺度喷动流化床实验装置上，采用常规的插板/隔板测试手段，基于表观现象、动态特性和静态结果三方面的有机结合，考察了同质颗粒系统和异质颗粒系统(异重和异质颗粒)的流化和混合过程。对于同质颗粒系统，分析了颗粒混合的演变过程，定义了混合过程的三个典型阶段，描述了各个阶段混合的主要特点，确定了影响颗粒混合的关键因素，获得了宏观颗粒混合特性。对于异质颗粒系统，分析了操作参数和物性参数对颗粒混合的影响，建立了耦合气固流动结构和颗粒混合行为的异质颗粒混合相图，进一步从颗粒质量交换角度实现了对流动结构相图的再分区。　　 针对生物质秸秆热化学利用过程中秸秆物料和床料的混合和流化，在中试规模流化床颗粒混合实验装置上，采用高分辨率数字图像采集和处理、高精度多通道压力/差压信号实时采集和处理等系统，本文研究了条状/柱状异形颗粒在气固流化床内与床料的混合和分离模式，揭示了条状/柱状异形颗粒的混合和分离机制。　　 其次，针对常规的测试技术在进一步认识气固流化床特别是稠密气固流化床复杂的颗粒混合特性已经变得愈加困难，本文攻克了微波加热一红外热成像技术用于颗粒混合研究的一系列技术难题：采用不锈钢弧形炉腔设计思路，实现了微波对移动单点或多点持续聚集加热的合理设计；提出并实践了微波防辐射网叠加透红外玻璃的设计路线，实现了微波密闭与红外穿透的合理匹配；基于强极性材料碳化硅粉末掺混高温黏合剂的方法，提出了一种既能满足微波加热又能改变物性参数的极性示踪颗粒制备方法，克服了常规示踪颗粒难以同时被加热和改变物性的缺点。在此基础上，发展了“微波加热-红外热成像”颗粒混合测量和表征新方法，解决了常规测试技术难以获得在介观尺度上的颗粒混合信息难题，并成功应用于气固流化床内单颗粒示踪和多颗粒混合的研究，获得了异质颗粒的介观混合特性。　　 针对传统混合指数在评价整体混合时对高质量混合度敏感性较差，以及浓度标准差在评价局部混合时难以从定量上准确表征低质量混合度的缺点，结合分子运动理论和SHANNON信息熵分析方法，本文提出了新的表征颗粒混合质量的SHANNON信息熵增混合指数，从数理统计和系统物理特性角度，实现了对介观尺度上局部区域混合质量的准确评价，并成功应用于流化床非稳定阶段颗粒混合的研究，获得了操作参数、物性参数与混合特性之间的关联性。　　 最后，本文在球形颗粒CFD-DEM气固流动三维数理模型的基础上，采用球元理论构建非球形颗粒的思想，构建了柱状/条状颗粒在三维流场空间的受力和运动模型，并建立了柱状/条状颗粒体系、球形与柱状/条状颗粒混合体系在非一致性网格下的CFD-DEM双向气固耦合数值模拟方法，成功模拟了柱状/条状颗粒的流化过程、柱状/条状颗粒与球形颗粒二元混合体系的混合和分离过程，获得了颗粒运动信息和颗粒混合信息，从介观尺度上揭示了气固流化床柱状/条状颗粒的混合机制。