大规模煤气化技术是提高煤炭利用原子经济性，实现高效洁净煤转化的关键基础。气流床气化炉采用较高的反应温度(高于1573K)可实现高碳转化率，同时，煤中矿物质完全熔融，气化炉需采用液态排渣，此时，煤灰的流动性是决定气化炉稳定运行的关键参数，也是气化选配煤的重要判据。通过传统实验手段无法实现原位表征煤灰熔渣的结构和性质，难以从分子层面揭示煤灰的结构和性质，因此流动性的本质及与灰渣微观结构的关系尚不明确。将分子模拟和传统实验结合进行灰化学的研究，可从多尺度探讨高温下煤灰结构和流动性的微观机理，为阐明灰渣流动性机制提供理论基础，并可丰富灰化学的研究内容。　　煤灰组成是影响高温下灰渣流动性的本质因素，本论文采用理论计算和实验研究相结合的方法从多尺度研究煤灰组成、结构和性质的内在关系。首先以硅酸盐结构主体Si-Al-O二元体系验证分子模拟方法及势函数的可靠性，进而研究了Si-Al-O、Si-Al-Ca-O、Si-Al-Fe-O、Si-Al-Na-O和Si-Al-Ca-Fe-O等体系的结构和流动性，从径向分布函数、氧键结构等角度探索两者间的内在关系，并尝试以氧键为桥梁建立煤灰组分与流动性的定量关系。本论文的主要结论如下:　　1.Matsui和Bertrand拟合的两组势函数参数均适合模拟Si-Al-O体系，但采用Matsui参数的模拟结果与实验值更接近;通过分析径向分布函数及氧键类型可从微观角度认识Si-Al-O体系的熔融性和黏度;　　2.当体系的硅铝比越高，稳定的Si-O含量和团簇氧含量更高，使体系结构连接更紧密，这是硅铝比对煤灰流动性影响的本质;当温度高于熔融温度时，体系中原子的流动性变化不大，硅铝比对黏度影响较小;当温度低于熔融温度时，原子间的键合能力逐渐降低，原子的流动性增加，硅铝比增大可使体系黏度增加。　　3.Si-Al-O-X三元体系中，三种碱性组成改变体系流动性能力的顺序如下:FeO＞CaO＞Na2O;Si-Al-O-X三元体系中，提供电荷能力不同，钠易与团簇氧相互作用，而钙和铁更易与桥氧相互作用，导致不同碱性组分对体系的聚合程度影响不同。碱性组分含量与临界黏度温度具有线性函数关系，可为气化炉稳定排渣提供理论基础。　　4.基于三元体系中桥氧、非桥氧和团簇氧的微观结构特点提出了体系的稳定性系数，并据此建立体系助剂含量与黏度变化的函数关系，可为气化炉熔渣黏度预测及性质调控提供理论和实践基础。　　5.在Al2O3-SiO2-CaO-FeO四元体系中，钙铁比增加，黏度下降，黏温曲线类型由结晶渣转变为玻璃渣，钙铁比为2时为体系性质转变的拐点。钙铁比小于2时，体系中的矿物质主要是结晶矿物质;当钙铁比小于2时，体系中降温过程中生成晶体矿物较多，当钙铁比大于2时，体系以无定形矿物质为主;从微观角度分析，钙铁比增加导致体系中Al由六配位([AlO6]9-)转变为四配位（[AlO4]5-），钙铁之间的竞争作用主要是两种原子对体系中六配位铝的竞争作用。同时，体系中的桥氧含量降低，体系的聚合程度降低，稳定性降低。通过四元体系的氧键为桥梁，建立了碱性组分含量与黏度的函数关系。