流态化反应器广泛应用于各种工业过程中。为更深入理解流态化反应器中流固两相的流动行为，近年来发展了各种数值方法和数理模型以对流化过程进行模拟。其中，两类计算流体力学（CFD）方法应用最为广泛：分别是欧拉-欧拉框架下的连续介质双流体方法（TFM）和欧拉-拉格朗日框架下的离散粒子法（CFD-DPM）。前一类方法基于颗粒动理论，它将粉体物质视为连续相处理；第二类方法采用牛顿第二运动定律来描述每一个颗粒的运动，而颗粒间以及颗粒-壁面间的相互作用则采用软球或硬球模型进行描述。由于DPM方法在描述颗粒运动时引入的假定更少，因此人们通常认为它比连续介质方法描述更为准确。然而，实际工业应用中通常涉及到数以亿万计的颗粒，基于DPM的模拟方法计算量巨大，难以实现。为解决这一问题，人们提出了多相质点网格方法（MP-PIC），以避免对大量颗粒的追踪，同时也简化颗粒间相互作用的计算。该方法追踪颗粒包，每个颗粒包代表了一定数目具有相同粒径、密度和速度的真实颗粒。颗粒间相互作用则通过固相应力来描述。固相应力模型是MP-PIC方法中最为重要的一个子模型，但是针对它的研究非常有限。例如，我们仍然不清楚固相应力模型对循环流化床的模拟结果有何影响。MP-PIC中常用的固相应力模型依赖经验估计。因此，本论文第二章将首先研究固相正应力模型参数的影响，并在MP-PIC方法中引入切应力模型，进而在CFB提升管模拟中进行测试。结果表明，恰当的固相正应力模型的参数值能改进模拟精度，更好地捕捉到介尺度结构，而固相切应力模型对模拟精度几乎没有影响。此外，本章还研究了准二维模拟中，第三维厚度的影响，并实现了两种颗粒的初始化方法。结果表明，增加计算域的厚度不影响模拟精度，但会耗费更多的计算成本。除了固相应力模型外，曳力模型对气固流态化模拟有非常重要的影响。流态化的特征在于介尺度结构，因此曳力模型中必须考虑介尺度结构的影响。基于介尺度结构分析的EMMS（能量最小多尺度）曳力模型能准确表征气固流态化系统中介尺度结构对流动的影响。而不同的流域中，存在不同的介尺度特征结构，因此有必要针对不同的流域发展适当的EMMS曳力模型。最初的EMMS曳力模型基于以颗粒聚团为特征的介尺度结构，因而更适于快速流态化而非鼓泡流态化。近年来，文献中也报道了以气泡为特征结构的EMMS曳力模型（如EMMS/bubbling），但这些曳力模型大都基于TFM方法开发。有研究尝试将EMMS/bubbling曳力直接应用于MP-PIC方法中模拟鼓泡流态化系统，结果表明模拟与实验仍存在一定偏差。因此，第三章将基于亚网格气泡特征，并充分考虑DPM中提供的颗粒位置和速度信息，发展一种适用于MP-PIC方法的EMMS/DP曳力模型，发挥其模拟准确性和效率上的优势。应用新曳力模型，对两个鼓泡床反应器进行模拟并与实验进行对比。结果表明，相比于均匀曳力模型和EMMS/bubbling曳力模型，基于气泡的EMMS/DP曳力模型更准确预测了轴向颗粒浓度分布和鼓泡流态。流态化工程的一个主要挑战是将实验室规模装置放大为工业规模的反应器。从实验室尺度反应器中得到的结果往往仍需要在大尺度反应器中进行验证，而且相关实验都非常昂贵而耗时。如果基于相似性原理和量纲分析发展的放大方法，为保证大、小尺度反应器中具有相似的动力学行为，气固两相物性经常需要按比例进行缩放，这些物性包括颗粒粒径、弹性系数、气体粘度等。但是实际上，实验室规模的实验和工业规模应用中的物性通常需要取为相同值，而反应器几何尺寸对反应器内流动影响的研究也非常匮乏。因此，第四章将结合MP-PIC方法和新发展的EMMS/DP曳力模型以及优化的固相应力模型参数，对流化床的放大过程进行模拟，研究反应器高度和直径对鼓泡流化床和循环流化床提升管的影响。结果表明，增大提升管直径不会显著影响固相速度分布，但会导致更加非均匀的颗粒浓度分布。增大鼓泡床的直径对轴向固相浓度分布几乎没有影响。增大反应器的高度对鼓泡床和提升管中的轴向颗粒浓度分布几乎没有影响。此外，本章还研究了几何尺度对循环流化床操作曲线的影响。第五章总结了全文的主要成果并讨论了进一步的研究方向。