非等温颗粒两相流在自然界和工业生产中广泛存在,研究传热对颗粒两相流的影响机制对工业生产具有重要的指导意义。由于颗粒两相流的实验及理论研究困难,随着计算机技术的发展,越来越多的学者采用数值模拟的方法研究传热颗粒两相流。格子Boltzmann方法（LBM）具有边界易处理、并行性好、程序易于实施等优势;浸入边界法（IBM）避免了网格重构,只对颗粒边界点进行计算,具有计算成本和内存需求低等优点,因此基于IBM耦合LBM的研究方法在颗粒两相流模拟中得到广泛关注。本文基于边界增厚（BTDF）的IBM-LBM方法,发展了一套非等温颗粒两相流的直接数值模拟方法,并对热浮力效应对于颗粒群沉降运动的影响开展了数值模拟研究。主要研究内容和结论如下:首先,基于BTDF-IBM耦合LBM,发展了一种直接数值模拟非等温颗粒两相流的耦合计算方法,对于速度场和温度场的耦合,考虑浮力效应的影响,即双向耦合。对于热LBM模型,采用基于Boussinesq假设的耦合双分布函数模型,关于热浮力和边界力对流场的影响,采用一个外力项统一表达。由于常规DF-IBM的无滑移、无渗透条件是近似满足的,计算精度低,因此本文采用基于边界增厚的直接力（BTDF）方法,通过均匀地增加边界厚度来减小误差,计算简单但具有较高的精度。模型的准确性通过模拟非等温的方腔内自然对流、含偏心圆柱的方腔内自然对流、Gr=0的圆柱绕流、以及Gr≠0的单颗粒沉降和双颗粒沉降等标准算例进行验证,并分析了流场流线、等温线、传热Nu等参数随Ra、Re的变化情况,单颗粒沉降时不同Gr下颗粒的运动特征,以及双颗粒沉降时热对流对DKT现象的影响。其次,模拟在封闭方腔体内含有1200个颗粒的二维圆形颗粒聚团的非等温沉降,分别研究Gr、颗粒密度比和颗粒直径对沉降行为的影响。结果表明,颗粒的重力和热浮力的相互竞争决定了颗粒聚团的沉降特性。颗粒尺寸较小或密度较低时,重力较小而热浮力占主导地位,非等温颗粒平均运动速度远大于等温颗粒,且由于受到剪切力较大,非等温颗粒群沉降可观察到开尔文-赫姆霍茨不稳定。当颗粒密度较大或颗粒尺寸较大时,颗粒重力增加,初始随Gr增加,沉降速度减小,当Gr＞Grc时,颗粒运动方向发生转变,颗粒向上运动。颗粒发生反向运动的Grc与颗粒密度、颗粒直径及流体物性参数有关。流体物性参数恒定时,颗粒直径增加,Grc增大;颗粒密度增加,Grc增大。最后,模拟研究了在封闭矩形腔体内初始均匀随机分布颗粒群的非等温沉降,分析了Gr、体积分数φ对颗粒群沉降行为的影响,颗粒数量为255～5096。结果表明,自然对流主导的非等温颗粒出现难以沉降的独特现象,此时非等温颗粒水平向和竖直向平均速度较等温颗粒更大。φ变化时,颗粒诱导的自然对流与颗粒群作用相互竞争。在沉降初期,φ增加自然对流增强;在沉降后期,随φ的增加,自然对流先增强后减弱,颗粒的循环对流强度也先增强后减弱。