固定床反应器是化工生产领域中最常用的反应器,诸多学者对其进行了大量的研究。然而对于床径比(床层直径与颗粒的体积当量直径的比值)较小的圆柱颗粒固定床的研究还不够充分,这类固定床在高放热反应中发挥着重要的作用。床层内的空隙分布对固定床的整体和局部流动特性,如床层的总压降或流体速度分布等具有重要的影响,同时床层内的流体流动控制着颗粒对流体、流体对壁面的质量及热量传递。因此有必要对床径比较小的圆柱颗粒固定床内的空隙分布规律进行详细的研究。本文采用离散元法建立了圆柱颗粒固定床的填充数值模型,并将得到的床层平均空隙率与径向空隙率分布与前人的结论进行对比,发现其均在合理的范围内,验证了本文所建立的固定床填充数值模型的准确性。在此基础上,本文探究了颗粒摩擦系数、床径比与圆柱颗粒的长径比对床层内空隙分布规律的影响。结果表明,当摩擦系数小于0.5时,随着摩擦系数的增大,平均空隙率增大较快,且圆柱颗粒在小床径比的床层内更趋于水平方向放置;当摩擦系数处于0.5到1.5之间时,平均空隙率受摩擦系数的影响减小;而当其大于1.5时,平均空隙率基本保持不变。随着床径比的减小,壁面影响逐渐增大,平均空隙率逐渐增大,径向空隙率分布曲线的震荡趋势一直延续到床层中心。随着圆柱颗粒长径比的增大,平均空隙率先减小后增大,径向分布函数图中的峰数量逐渐减少,最后将只剩下一个峰,且圆柱颗粒更倾向于垂直排列。本文采用三维震动的方式对床层进行致密化操作,探究了震动频率及震动幅度对空隙分布规律的影响。结果表明,震动幅度及震动频率的增大使得震动强度增大,填充密度随着震动强度的增大先增大后减小。颗粒间的间距变小,从而径向分布函数图中第一个峰的峰值更大。同时圆柱颗粒更倾向于处于垂直于水平面的方向放置,颗粒间的排列更加规则。