散料种类繁多、形状各异,广泛存在于自然界与工业应用领域,如化工、煤矿、环保、能源、医药、食品、轻工等。潮湿散料的干燥工艺是生产流程中一个非常关键的环节,直接决定产品的输出品质。散料的干燥过程不仅与气固两相间的传热传质有关,往往还涉及到气固两相流动,其复杂性大大增加了散料热质交换特性研究的难度。目前国内外对于运动散料的热质交换特性还知之甚少,尤其是在研究大颗粒量的散料方面。已有的实验研究通常受到场地和测量手段的限制,很难获取散料在干燥过程中的传热传质信息;而大部分数值模拟研究则从微观角度着手,以单一或少量颗粒为研究对象。为解决以上问题,本文基于实验和数值模拟手段,从数学建模、中试实验、工业级大型实验系统三个层面,对大量运动散料的热质交换特性进行了系统的研究。通过对丝状散料干燥过程的分析,提炼出丝状散料运动与热质交换的数学模型。为解决大颗粒量的计算问题,创造性地提出了“虚拟颗粒团”的概念。采用离散单元法跟踪每个“虚拟颗粒团”的运动轨迹,利用软球模型处理“虚拟颗粒团”之间的碰撞问题。借鉴传热学和传质学的相关理论,对运动散料传热和传质过程进行数学建模。以散料在滚筒干燥器内的动态干燥过程为研究背景,利用所建立的散体颗粒运动与传热传质数学模型对运动散料的干燥过程进行了模拟。通过颗粒运动模型计算出散料在滚筒内的平均停留时间,将这一参数导入颗粒热质交换数学模型中,总结出散料在干燥过程中温度和含水率的变化规律。基于丝状散料运动的数学模型,建立了散料在中试滚筒内运动过程的数理模型,结合实验结果作了对比验证。在数值模拟方面,研究了丝状颗粒在不同条件下的运动特性规律,计算出丝状颗粒在滚筒内的平均停留时间和停留时间分布;其中,考察的因素包括:滚筒转速、倾角和气流速度和颗粒质量流量。在实验方面,构建了中试冷态滚筒实验系统,得到了丝状颗粒在上述模拟条件下的平均停留时间;采用颗粒示踪方法,测量了丝状颗粒在滚筒内的停留时间分布。总结实验与数值模拟结果可发现:对比数值模拟结果与实验数据,二者一致性较好;在不同干燥条件下,丝状颗粒的停留时间均呈正态分布。通过分析堆积散料静态干燥的实验结果可知:在整个干燥过程中,堆积体内部散料的温度和含水率分布非常不均匀、干燥效率极低;热源温度和气流速度对散料的传热传质过程影响显著。为解决散料静态干燥中出现的诸多问题,基于运动散料热质交换数学模型,研究了运动散料的热质交换特性,结合实验方法进一步验证运动颗粒传热传质数学模型的可行性。在数值模拟方面,建立了丝状颗粒在中试滚筒内传热传质过程的数理模型,计算并绘制了不同筒壁温度、气流温度和速度下颗粒的温度和湿基含水率变化曲线,探讨了干燥条件对运动散料热质交换特性的影响。在实验方面,构建了中试热态滚筒实验系统,测量了多种丝状散料在不同干燥条件下的温度和湿基含水率,实验结果验证了运动散料热质交换数学模型的合理性。基于数值模拟与实验手段所得的结果,建立了颗粒温度和含水率与干燥条件之间的联系。基于“虚拟颗粒团”运动与传热传质数学模型,在工业级大量散料传热传质方面,成功地进行了数值模拟计算。鉴于滚筒干燥器在工业干燥领域的广泛应用背景,利用所建立的大量运动散料热质交换数学模型,模拟了散料颗粒在滚筒干燥器中的传热传质过程。同时通过实验方法获取了物料在滚筒干燥器出口处的温度和湿基含水率,进一步验证了大量运动散料热质交换数学模型在工业级滚筒颗粒干燥过程中的可行性。借鉴单因素分析方法,采用数值模拟手段研究了筒壁温度、气流参数、滚筒参数以及物料入口质量流量对滚筒内大量运动物料热质交换特性的影响,揭示了工业级大型滚筒中干燥条件与物料颗粒温度和湿基含水率之间的变化规律,建立了基于干燥条件预测物料和气流出口参数的通用数学模型。