巨大的能源消耗加剧了CO₂等温室气体的排放,有效控制和减少CO₂排放已在全球范围达到共识。化学链燃烧是一种低成本分离CO₂的新型燃烧技术,具有广泛的应用前景。目前,在化学链燃烧过程中,燃料反应器一般采用鼓泡流化床形式,然而鼓泡流化床内存在的大气泡降低了气固接触效率,不利于燃料的高效转化和CO₂捕集。本文向燃料反应器中加入内构件以期强化气固接触,提高燃料转化率。研究基于计算颗粒流体力学（Computational Particle Fluid Dynamics,CPFD）方法展开,首先对燃料反应器进行三维数值模拟,探究内构件对反应器内的气固流动特性的影响,最后基于模拟结果,在改进后的新型串行流化床反应器内进行了化学链燃烧特性的实验研究。基于CPFD方法开展了燃料反应器的三维数值模拟,模拟结果和实验结果吻合,验证了数值模型的正确性。基于此模型,探讨了内构件的结构形式（数量、开孔率和开孔类型）对燃料反应器内气固流动的影响规律,结果表明:相比无内构件反应器,加入内构件可以有效改善燃料反应器和下降管中压降波动较大的现象,使系统运行更加稳定;加入不同数量内构件后,燃料反应器被分成若干个由密相区和稀相区组成的腔室,各个腔室中的固含率以及颗粒时均轴向速度分布趋势一致;增大开孔率能有效改善颗粒在内构件上方侧边壁附近的堆积现象,同时还能减小内构件处的压降,从而降低内构件的磨损,但过大的开孔率会使上部腔室中的固含率分布不均匀;采用混合开孔类型的内构件时,不同孔径开孔之间存在的压力差促进了内构件附近气体和颗粒的径向混合,使床内气固接触效率更高。基于Matlab软件对从CPFD模拟结果中获取的瞬时固含率分布图像进行处理,提取准确的气泡参数并进行统计分析,探究内构件结构形式对燃料反应器内气泡尺寸、形状以及位置的影响规律,结果表明:加入内构件数量越多,燃料反应器内的小气泡频率越高,并且圆形度高的气泡频率越高,对气固接触效率的提高最显著;内构件开孔率越小,对气泡聚并的抑制作用越强,大气泡频率越低,但内构件开孔率的减小,会导致气泡的横纵比朝减小的方向移动,气泡形状分布趋于不均匀,不利于气固接触的强化;采用混合开孔类型的内构件对大气泡的破碎效果最好,气泡直径分布更加均匀,圆形度高的气泡频率最高。综上所述,内构件数量为4,开孔率为9.4%,采用混合开孔类型2α+2β时,对反应器内气固接触效率的提升效果最显著。基于燃料反应器的数值模拟结果,在新型内构件化学链燃烧反应器内分别考察了CO气体燃料和生物质固体燃料在不同燃料反应器温度下的燃烧特性,结果表明:系统稳定运行期间,空气反应器压降以及腔室之间的压差随时间的变化曲线围绕固定值上下波动,载氧体的循环处于动态平衡;在840℃-900℃的温度范围内,CO的转化率均在90%以上;提高燃料反应器温度可以加快生物质化学链燃烧速率,在900℃条件下,碳转化效率和碳捕集率分别高达92.5%和98.5%。