循环流化床是一种气固加工的高效反应器,在现代工业过程中具有广泛应用。由于循环流化床具有复杂的非均匀流动流动结构,因此利用CFD软件模拟循环流化床已成为一种预测其流体力学性能的有效手段。曳力是模拟流化床关键因素之一,传统的曳力模型没有考虑流动结构的影响,模拟精度较差,因此发展结构曳力模型成为研究热点,其核心是结构参数的模型化求解。课题组前期发展了通过经验方程封闭求解结构参数的方法,并成功应用于鼓泡床和湍动床中,但尚未应用于循环床。另外,结构曳力模型往往包含众多的“结构参数”,这些参数对曳力的影响规律尚不清楚,影响模型的优化。针对上述问题,本文采用聚团性质方程封闭了循环床提升管反应器结构参数模型,建立了基于传递系数的结构参数方法,并进行了详细的参数敏感性分析,简化了模型,并将该方法推广到鼓泡床和湍动床中。提出了利用多粒径输送床(MPTB)验证多粒径循环床的方法。最后将提升管建模方法应用到下行床中。本论文取得的主要研究结果和结论如下:(1)利用聚团性质方程(聚团直径和空隙率)对于提升管的非线性方程组进行了封闭求解,建立了结构参数模型。利用该模型准确的计算了提升管的曳力系数。模拟的固体循环量、径向和轴向时均空隙率分布与实验值吻合良好,能够捕捉到提升管典型的上稀下浓和环核结构。同时,在模拟中能够清晰的观察到聚团的时空波动。开发了基于传递系数的结构参数(Transfer Coefficient-based Structural Parameters,TC-SP)方法,该方法能够确定循环床必要的结构参数,从而简化结构参数模型。(2)通过对循环床TC-SP模型进行参数敏感性分析发现,由于聚团相曳力远大于分散相曳力,曳力对聚团相结构参数更为敏感,从而得到了基于聚团相简化的循环床TC-SP模型。通过与其它结构曳力模型模拟结果对比发现,尽管利用TC-SP方法简化的模型参数数目仅为其它模型参数数目的一半,却可以获得相同甚至更好的模拟结果,表明聚团相曳力才是计算总曳力的关键。(3)将循环床TC-SP方法推广至鼓泡床和湍动床,建立了相应的结构参数模型,通过参数敏感性分析发现,对于鼓泡床乳化相曳力占主导,对于湍动床聚团相曳力占主导。将简化的TC-SP模型与其它多参数结构曳力模型对比,结果表明简化的模型同样可以获得相同甚至更好的模拟结果。因此对于三种床型,密相(乳化相、聚团相)曳力才是计算总曳力的关键。(4)建立了拟均相模型,并利用该模型和简化的循环床TC-SP模型模拟了MPTB中的粗颗粒终端速度和细颗粒体积分数,验证了模型的准确性的同时,也说明了利用简单且准确的MPTB实验数据验证多粒径CFB曳力模型的有效性。(5)最后,借鉴了提升管建模方法,建立了下行床的结构曳力模型和结构参数模型。前人所建立的模型由于没有考虑曳力的影响,仅限于模拟下行床的径向流动结构。基于本文建立的结构曳力模型,模拟结果与实验结果在径向和轴向上都取得了良好的一致性。通过改变聚团性质方程中聚团直径和空隙率大小,考察了聚团对曳力的影响。结果发现相对于提升管,下行床中的聚团直径和空隙率对于曳力影响很小。下行床独特的结构被观测到,包括浓环结构、轴向速度分布、轴向压力分布。