气固两相颗粒系统广泛存在于自然界和工业过程中。而在当前针对流化床内气固两相流动的研究中,通常基于球形颗粒的假设。尽管这样能够降低研究难度,但是不可避免的引入了误差,尤其是造成了颗粒运动及脉动的各向异性特性缺失,导致了气固两相颗粒系统内颗粒动力学特性的不同。在近期逐渐开展起来的非球形颗粒系统研究也主要应用离散单元模型(Discrete Element Method,DEM)中的软球模型,使用硬球模型的研究还未见报道,相关机理与模型研究仍需进一步的探索。本文基于非球形颗粒间动量和能量守恒原理,应用DEM硬球模型研究了非球形颗粒稠密气固两相流动中的颗粒行为。以组合颗粒模型为基础,采用四元数理论描述非球形颗粒的运动。对于颗粒碰撞搜寻算法,提出了几何代数两步搜寻方法,大大减少了非球形颗粒搜寻算法的计算需求,并保证了计算精度。基于Routh的图解法,结合Poisson恢复系数假设和Coulumb定律,建立了适用于非球形颗粒的三维碰撞模型。基于PIV技术搭建了喷动床实验台,开展了非球形颗粒流态化行为的实验研究,并应用本文建立的非球形颗粒DEM硬球模型进行了相同操作条件下喷动床内颗粒行为的数值模拟研究。与球形颗粒相比,非球形颗粒喷动床内颗粒的运动更为剧烈,颗粒的扬析现象更为明显,床内气泡的边界较为模糊,并且气泡内包含较多分散颗粒。对比数值模拟与实验测量结果,可以看出应用非球形颗粒硬球模型得到的结果与实验结果吻合较好,速度分布趋势基本相同。应用建立的非球形颗粒离散颗粒硬球模型,对鼓泡流化床内气固两相流体动力学特性进行了数值模拟研究。鼓泡流化床内首先进行了球形颗粒动力特性的数值模拟研究,并得到了非常规重力加速度条件下颗粒的鼓泡行为。随后,对比了非球形颗粒和球形颗粒的速度、颗粒分离情况、气泡行为和颗粒的脉动运动等,获得了不同弹性恢复系数和重力加速度条件下非球形颗粒的动力学特性。对单组份鼓泡流化床,非球形颗粒系统的气固分布周期性规律较为复杂,并且在系统内气泡的边界并不清晰,内部存在大量分散的颗粒,气泡的脉动运动趋势不明显,而颗粒的微观脉动运动与气泡的行为有着密切的联系。对于双组份鼓泡流化床,非球形颗粒双组份鼓泡流化床中颗粒的混合较为均匀,其中气泡的脉动运动要强于球形颗粒系统。应用建立的非球形颗粒离散颗粒硬球模型,对喷动流化床内气固两相流体动力学特性进行了数值模拟研究。应用区域相关的颗粒行为分析方法,获得了非球形颗粒与球形颗粒喷动流化床流态化特性在空间上的关联。研究表明球形颗粒喷动流化床中的分区方式是以床内中部为中心,不同的流化区域呈环形分布。而在非球形颗粒系统中,其分区呈现分层的形式。不同的分区特性表明球形颗粒与非球形颗粒的流态化行为存在较大的差异。应用建立的非球形颗粒离散颗粒硬球模型,对喷动流化床内气固两相流体动力学特性进行了数值模拟研究。开展了非球形颗粒和球形颗粒系统内颗粒聚团微观脉动特性的研究,提出了广义的聚团颗粒温度的概念,用于考察颗粒系统中聚团的脉动运动。对球形颗粒系统,不同曳力模型下的聚团颗粒温度分布差别较大。大颗粒的分布更集中,小颗粒分布更分散。对非球形颗粒系统,提升管中的颗粒位置分布较为均匀,聚团的微观脉动运动也相对较弱。与球形颗粒系统类似,小颗粒的广义聚团颗粒温度比大颗粒的数值更大,说明了小颗粒及其颗粒聚团的脉动运动更剧烈。