流化床作为一种高效的气固反应装置，广泛应用于矿产资源固相加工过程，如软锰矿焙烧、氢氧化铝煅烧、富态料氯化、铁矿直接/熔融还原等。气固流态化中往往呈现颗粒聚团或气泡等介尺度结构，且实际应用中颗粒通常具有多分散性（涉及不同颗粒尺寸或密度），这使得介尺度结构的形成机制更加复杂。传统的双流体模型（TFM）结合均匀的颗粒群曳力本构关系，忽视了网格内的非均匀结构，无法准确预测流化床中的流动特征和反应、传递行为。为了改进流化床的数值模拟，需要建立考虑网格内结构的介尺度模型。其中，基于结构-传递关系理论的多尺度结构曳力模型，能有效解析流化床中的稀密两相结构分布，并合理描述亚网格结构导致的曳力下降，因而在流化床的数值模拟中得到了广泛应用。为了同时考虑介尺度结构和粒径分布的影响，本论文针对流化床反应器内的气固两相流，在结构-传递关系模型的基础上对多粒度颗粒体系进行分析并建立了模型，并将多粒度结构曳力模型与连续介质模型耦合，对具有双粒度分布的气固两相流实验了模拟计算，验证模型的有效性。本论文的具体工作及主要结论如下：第二章首先在结构-传递关系曳力模型的框架下对多粒度体系曳力分散关联式的影响进行了讨论。虽然不同的曳力分散关联式在曳力相对关系上存在明显差异，但与结构-动量传递关系模型耦合后却对模拟结果影响不大。模拟得到的结果都能合理反映出双粒度鼓泡流化床内的气固两相流的关键流动特性。通过不同曳力模型的模拟结果比较，进一步明确了有效曳力系数才是影响模拟结果的主要因素。第三章进一步建立了适用于粗细颗粒鼓泡流化床体系的结构-动量传递关系模型。在结构-传递理论的多尺度框架中对密相、稀相中的流动及各相之间的相互作用进行描述以构建方程组，最后利用结构参数经验关联式对上述方程组进行封闭。通过求解目标参数模型可以得出不同颗粒所受到的气固相间结构曳力系数。通过 CFD 模拟计算发现修正后的气固相间曳力模型能较好地描述双粒度体系气固两相流，而且很好地预测了不同粒径颗粒在轴向的混合与偏析情况，从而验证了上述方法的有效性。基于结构-传递理论及均匀分布假定，第四章分别构建了粗细颗粒湍动流化床和粗细颗粒快速流化床结构-动量传递关系模型。模型通过对湍动床和循环床的模拟验证发现，新的曳力模型在所考察的这些流域以及不同的操作条件下，都能较好地捕捉到床层内的流动特征结构。拓展了结构-动量传递关系模型的应用范围。第五章研究了固固曳力对低速流化床分级行为的影响，将传统固固曳力模型与颗粒摩擦压力模型耦合提出了适用于密相多粒度颗粒系统的固固曳力半经验模型，并通过模拟计算确定了经验系数的最优取值范围。最后，第六章总结了本论文的主要工作和创新点，并在现有发现和结论的基础上提出了对下一步工作的展望。