循环流化床以其优越性能广泛应用于石油、化工、能源等工业生产领域。为了能够准确识别出循环流化床内的颗粒聚团,本文以高度分别为12.4 m和5.0 m,横截面为20×200 mm的二维提升管与下行床为研究对象,使用高速摄像机获得反映循环流化床流动特性的原始图像。通过k-means算法识别颗粒聚团,详细考察了颗粒聚团的空间分布特性以及操作条件的影响,并通过颗粒聚团参数与宏观流动参数的关联,给出了颗粒聚团特性参数的预测式。同时基于随机游走理论与互相关算法对原始图像进行处理,得到了颗粒扩散系数与传质舍伍德数,详细考察了操作条件对颗粒扩散传质特性的影响。（1）压差、光纤和图像等方法的对比表明,图像法可用于分析提升管和下行床内的颗粒团聚现象。通过肉眼观察与聚类评价,确定了k-means算法最佳k值为3。图像法与光纤法的对比表明,在提升管和下行床中两种方法获取的颗粒聚团特性参数的吻合程度较好,其相对误差在35.4%以内。（2）原始图像分析表明,提升管与下行床都可以观察到明显的颗粒团聚现象。提升管与下行床内颗粒聚团特性参数表现出不均匀的横向分布特点。使用本研究给出的预测式与实测值的相对误差在5.78%～26.9%之间。相同操作条件下,下行床颗粒聚团浓度约为提升管颗粒聚团浓度的10%。从中心区域到边壁区域,提升管与下行床内颗粒聚团速度的降低幅度均在40%左右。提升管比下行床内颗粒聚团等效直径的降低幅度高约17%。下行床颗粒聚团频率低于提升管颗粒聚团频率最高可达40%左右。下行床颗粒聚团频率的增加幅度比提升管颗粒聚团频率的增加幅度高约15%左右。（3）提升管与下行床内横向与纵向颗粒扩散系数均表现出不断降低的横向分布特点。下行床内横向颗粒扩散系数略高于提升管内横向扩散系数,但二者的横向扩散系数均在10-3～10-2数量级范围内;下行床内纵向颗粒扩散系数低于提升管内纵向扩散系数1个数量级,其数值在10-1数量级范围内。下行床与提升管内横向舍伍德数的变化范围均在2.2～2.8之间;下行床纵向舍伍德数平均值比提升管纵向舍伍德数平均值高约0.14。