稠密气固两相流动广泛存在于能源、化工、冶金等工业应用过程中,对其深入研究既有助于对固相输运特性以及气固两相间相互作用机理的揭示,也能为工程实际中密相设备的设计和放大提供指导。本文在欧拉-拉格朗日耦合框架下,发展了可对复杂结构床体内稠密气固两相流动进行大规模并行计算的计算流体力学耦合离散单元法(CFD-DEM)模拟平台,其中对流体运动的求解在计算网格尺度进行,而固相运动的求解则在颗粒尺度层面对每个颗粒运动轨迹进行跟踪。同时,将稠密两相流动中气固之间对流换热以及颗粒之间导热传热耦合进计算框架,并加入了预测管壁磨损分布的子模块。基于该计算平台,对几种工业过程中典型密相流化设备内两相流动机理进行了分析；同时,借助于离散单元法追踪颗粒的优势,从颗粒尺度层面对固相的重要运动特性进行研究。研究内容主要包含以下三个部分：第一部分为三维鼓泡流化床内气固输运特性以及埋管传热和磨损机理研究。首先对三维鼓泡流化床内气固两相运动及其与气泡之间的交互进行了研究,并从颗粒尺度揭示了系统内固相耗散和湍动特性,同时考察了气固两相之间的传热特性。接着,基于单根埋管鼓泡流化床,阐释了埋管周向不均匀换热系数分布特性与其周向气固流动分布特性之间的强耦合关系,并揭示了不同传热机理在其传热过程中的作用。最后,对比研究了管排方式对密相流化床内气泡运动路径、固相浓度、颗粒耗散及其混合的影响,并揭示了预测管束磨损分布的时均物理量。第二部分是三维喷动流化床内固相输运机理以及带隔板双体矩形截面狭缝喷动床内流动特性分析。首先研究了三维喷动流化床内喷动-环隙区间相互作用边界的特性及参数对其的影响,同时从颗粒尺度层面统计了固相在系统内的循环及其在不同区域的停留和耗散特性。此外,考察了操作参数(表观气速、颗粒粒径)及床体放大对这些特性的影响。接着,对实验室尺度的带隔板三维矩形截面狭缝双体喷动床内时均流动特征进行了分析,并揭示了喷动区边界特性以及喷动区-环隙区之间作用的强度参数,同时研究了隔板高度对系统腔室间作用的影响。第三部分研究了带隔板内循环流化床内典型气固流动特征及固相停留和耗散特性,同时量化研究了三维整床循环流化床内采用双侧返料方式对提升管内气固流动不均匀性改善程度。首先深入分析了内循环床内气固流动机制,标识了床体内气泡优先上升路径及固相优先循环路径,同时研究了操作条件(流化风速和颗粒直径)和床体结构参数(隔板倾角、热交换腔侧墙倾角、隔板底部通道高度等)对固相循环、停留和耗散特性的影响。接着,对三维双侧返料循环流化床内全床气固流动的分布特性进行了研究,考察了提升管内复杂稠密流动及其典型流动特性。在颗粒尺度层面得到提升管内固相耗散、停留、受力及旋转方面的信息,以及气固两相在旋风分离器、立管及返料阀内的运动特性。此外,对比单侧返料方式,定量考察了双侧返料对改善提升管内气固流动不均匀性的效用,以期能为设备设计及放大提供理论支撑。