气固鼓泡流化床（BFB）由于具有气固接触效率高、相间传质传热速率快等优点，在矿物加工领域已得到了广泛的应用。矿物颗粒往往有较宽的粒径分布，其所需的反应时间随粒径增大而增大，但是传统 BFB 内的粗细颗粒停留时间差异很小难以满足生产要求。因此调控流化床内粗细颗粒的停留时间和其反应时间相匹配具有重要意义。颗粒的停留时间在床内有一定的分布，经典流化床内的停留时间分布（RTD）趋向于全混流，因此停留时间位于平均停留时间（MRT）附近的颗粒数量是较少的，前人在调控宽粒径停留时间时大多以 MRT 为调控目标，在此看来是不够的，因此获得完整的 RTD 曲线非常有必要。随着计算流体力学（CFD）的发展，通过模拟获得 RTD 是一种省时且成本较小的一种方法，因此建立一套完整的计算 RTD 的模型对工业生产有重要的指导作用。准确的气固曳力模型是进行颗粒 RTD 模拟的前提，由于传统曳力模型因均匀化假设床内流动结构而高估了气固相间作用力，导致床内流场和 RTD 的计算结果与实验值偏差较大。本研究运用课题组开发的基于气固非均匀流动结构的构效曳力模型，对不同床型流化床内单粒径或双粒径的 RTD 进行了模拟研究。另外，设计了加入纵向挡板的流化床，测定了双粒径颗粒的 RTD 曲线，并对粗细颗粒的 RTD 进行了调控研究。本文的研究成果如下：（1）模拟了鼓泡流化床内单一粒径颗粒的 RTD，通过和实验数据对比，发现构效曳力模型计算的 RTD 与理论值的吻合度要高于传统均匀曳力模型。计算的颗粒RTD 拖尾较长且尾部有多峰出现，这说明床内存在一定的循环流动。气固间的接触效果较差而导致 t 50 值较低，由于流态床内部固相返混或死区的存在致使 t 90 值较高，这些均会影响气固反应质量，所以在实际应用中应尽可能通过在床中设置挡板或改造为多级床等措施，使流化结构更趋近于平推流来提高反应器的效能。（2）利用 CFD 对多室流化床的 RTD 和流化结构进行了数值模拟。计算结果与实验数据的比较以及示踪剂回收率的计算显示了曳力模型和 RTD 计算模型的合理性。将流化床分成两个反应器可以抑制返混，改善颗粒 RTD 并使其趋向平推流。随着流化气速和床层出口高度的增加，床层固相颗粒的流出速率加快，停留时间分布范围扩大，停留时间方差也相应增大。计算得到的固含率径向分布随 h/H 的增加而波动更基于气固鼓泡流化床构效曳力模型的颗粒停留时间分布的实验与模拟II大，导致了床内流化结构和 RTD 分布的非均匀性。（3）使用构效曳力模型，研究了床型尺寸和气泡尺寸关联式对流化床气固相流体力学和颗粒停留时间分布的影响。发现针对 Geldart B 类颗粒，Darton 气泡关联式是低气速下的最佳选择。当 BFB 放大时，由构效曳力模型计算的 RTD 对比实验值有所降低，一方面是由于床层尺寸的增大进一步高估了气泡尺寸的原因；另一方面由于在二维模拟中没有考虑前后壁面的摩擦力，使得床层内颗粒速度的计算值偏高进而导致了模拟结果与实验数据的偏差。因此，当对计算精度要求较高时，应首先进行三维模拟，以保证 RTD 模拟结果的准确性。（4）使用 3D 模拟研究了 BFB 中二元颗粒的 RTD 特性。特别是运用构效曳力模型，对流化床内混合和分级的流态化动力学行为进行了数值模拟。并首次对 BFB内双粒径颗粒的 RTD 进行了计算和研究，结果表明该曳力模型对两种系统都适用，具有较高的计算精度，进一步验证了我们的构效曳力模型的正确性与适用性。H d 随气速的减小或粒径的增大而增大。增加进料量可以使固相流型更接近于平推流，而气速和床层高度的增加可以使 RTD 变得更宽。对于二元颗粒，随着稀释度的增加，颗粒的扩散程度越来越大，导致二元混合物 MRT 的计算值小于单一体系。粗颗粒 MRT较长的原因是其总是以相对较小的垂直速度聚集在床层底部，这也符合典型流化床的流体力学行为。（5）进行了二元颗粒的 RTD 示踪实验，发现在无内构件流化床中，气速、固相流率作为重要的操作因素，对粗细颗粒 RTD 的调节作用不大。加入纵向挡板后，气速和固相流率对粗细颗粒 RTD 的调节作用显著增加，表现在 RTD 曲线的峰高增加和拖尾降低，使停留时间更加集中。挡板的形式对调节粗细颗粒 RTD 有重要作用，采用侧边部分开口的挡板可以使粗细颗粒显著分开，通过调节气速和进料速率均可提高粗细颗粒的停留时间差别。在论文最后章节，总结了本论文的主要结论和创新点，并在现有工作基础上展望了下一步工作。