气-液-固三相流化床在过程工业具有广泛的应用。但是,其内部多相流动结构的复杂性制约着该类反应器的科学设计放大、优化操作以及有效控制,有必要运用新的理论和方法对其进行模型化研究。本文采用基于能量最小多尺度(Energy-Minimization Multiscale,EMMS)原理的介科学方法,建立了描述气-液-固流化床内多相流动行为的全局、轴向以及径向分布的机理模型,并进行了实验验证和预测研究。具体的研究内容及结论如下:1)引入气泡和固体颗粒的加速度,建立了改进的气-液-固流化床流动行为全局数学模型。气泡与固体颗粒的加速度使得该模型能更加准确的预测相界面之间滑移速度和床层收缩现象。在低表观气速的拟稳态下,气泡加速度随操作条件的变化而变化,固体颗粒加速度则为0 m/s~2;较高表观气速下的情况与之相反。在非稳定膨胀状态条件下,较大上升速度和加速度的小气泡和较小上升速度和加速度的大气泡沿轴向发生聚并。所建模型适用于,含有小(或轻)固体颗粒的气-液-固流化床的鼓泡流和聚并流区域。2)基于气泡尾涡对固体颗粒的夹带现象,建立了气-液-固膨胀床的轴向流动介尺度模型。该模型证明了气泡尾涡对固体颗粒的夹带是轴向非均匀结构的形成机制。尾涡脱落长度、尾涡与气泡的体积比,以及尾涡相和液-固拟均相的固含率比,随流动状况而变。在促进气泡长大的表观气、液速范围内,轴向过渡段长度随这两个表观速度的增大而增加。过渡段的起始点随表观液速的增加逐渐上移。3)考虑颗粒团的流动行为,建立了气-液-固循环流化床轴向流动介尺度模型,首次预测了膨胀流化模式/循环流化模式/液体输送模式之间过渡点。颗粒团相中固体颗粒的加速度受操作条件的明显影响,且其最大值可以指示过渡段长度的变化。在固体颗粒的饱和夹带点,固含率的轴向分布呈上稀下浓的“S”型结构;且稀相的起始点与操作条件有关。此外,伴随着气泡的长大,颗粒团逐渐形成。在拟稳态下,液-固相中固体颗粒加速度趋于-9.8 m/s~2,气泡加速度为0 m/s~2。4)基于流体剪应力的径向分布,建立了气-液-固流化床的径向流动介尺度模型,准确预测了环-核界面、气泡速度和尺寸最大值处的径向位置。固体颗粒的径向加速度为0 m/s~2。单位质量固体颗粒所需的悬浮输送能可作为环-核径向位置的指示参数。