随着我国经济水平的发展与资源环境压力的持续加大,国内冬季灰霾问题得到了日益关注。其中,民用散煤治理和可再生生物质燃料是北方秋冬季空气质量改善的重要技术路线,所以现阶段对于大颗粒型煤和成型生物质颗粒燃料的使用越来越多。然而,目前对于粉末状颗粒（微米级别）的研究结论并不适用于大颗粒燃料（厘米级别）,这是因为大颗粒燃料内部存在较大的传热传质阻力。因此,本文采用计算流体动力学方法从颗粒尺度探究大粒径颗粒燃料的传热传质机理,建立耦合流固两相的单个大颗粒传热传质模型,为深入理解大颗粒燃料燃传热传质特性及其污染物排放特性奠定了基础。本文首先在大颗粒燃料耦合传热研究基础之上,考虑物性参数变化对球面传热的影响,得到了时间平均面积加权努塞尔数、面积加权平均努塞尔数和瞬时局部努塞尔数的变化情况并与常物性计算结果进行了对比。进一步分析了传热对于流体流动的影响,并从尾涡的粘性耗散角度解释了逆向传热现象。研究结果表明,自然对流增强了颗粒-流体换热,考虑自然对流的耦合传热计算结果与实验值更加吻合,从传热角度验证了耦合边界条件的应用使得传热模拟更贴合实际流固换热过程。然后,基于多孔介质模型建立了生物质颗粒热化学转化模型,使用整场求解数值算法求解颗粒-流体的耦合传热传质问题。由于计算流体动力学软件的限制,暂不能实现气体组分在固体区域中的输运,因此使用多孔介质区域表示单个生物质颗粒。利用用户自定义变量和用户自定义函数建立生物质颗粒干燥、挥发分析出以及固定碳气化等物理化学过程,实现了使用计算流体动力学软件模拟生物质大颗粒的热化学转化过程,所建模型计算结果与实验结果进行对比,验证了模型的可行性。最后根据传热传质的比拟关系建立了耦合流固传质的固体颗粒模型,并将该模型应用于氢气还原氧化铁模拟中,验证了分区求解流固耦合传质数值算法的可行性。利用用户自定义标量表示气体组分的质量分数和固体反应物的体积分数,并通过用户自定义函数分别定义气体组分在多孔介质区域和流体域的扩散系数与反应源项。比拟耦合传热边界条件,在流固界面通过“质量分数相等、质量通量相等”原则建立了连续性传质边界条件。上述研究建立了耦合流固两相传热传质的单个大颗粒模型,为反应器层次的传热传质数值模拟提供了理论依据与基础数据。