气固流化床广泛应用于矿物加工、制药、能源等领域。这些流化床普遍包含复杂几何构体（如内构件等），并且复杂构体会显著影响流化床内部的“三传一反”特性。因此，如何设计以及优化含有复杂构体的流化床至关重要。近年来，随着计算机技术的快速发展，数值模拟成为设计以及优化流化床的重要手段。由于计算流体力学耦合离散元方法（CFD-DEM）能在模拟中保持颗粒的离散特性，已经成为模拟流化床的主流方法之一。CFD-DEM方法模拟实验室规模具有简单几何构体的流化床已经比较成熟，但是使用该方法模拟工业尺度流化床还存在以下两个问题：（1）如何生成满足长度要求的高质量网格；（2）如何将流体网格长度和CFD-DEM方法中相间耦合过程解耦，使CFD-DEM方法使用不受限于网格长度。本研究致力于解决这两个问题。对于问题1，不同于传统CFD-DEM方法使用非结构贴体网格模拟含有复杂几何构体的流化床，本研究使用非贴体的正交网格，其中复杂构体与气体之间的相互作用通过浸没边界法（IBM）施加。高质量的正交网格可以保证模拟精度同时，降低相间信息映射的难度。OpenFOAM中的IBM由于内迭代的存在，计算效率低。本研究提出在重构边界流场时剔除邻近IB网格的影响，可以在保证计算精度不变的情况下通过消除内迭代的方式大幅提高计算效率（可提高62倍左右）。将优化后的浸没边界法与CFD-DEM方法耦合，通过研究含有复杂构体流化床内流体力学特性验证该方法的准确性。为了准确模拟操作条件变化剧烈的反应器，本研究将不可压缩CFD-DEM-IBM方法拓展为包含气-固热传导的可压缩方法，通过模拟埋管流化床内的热传导，验证了可压缩CFD-DEM-IBM方法模拟结果的合理性。化工过程常常伴随传质与化学反应过程，当前研究在CFD-DEM-IBM方法中加入传质与化学反应模块，通过模拟臭氧分解反应来验证该模块的准确性。传统CFD-DEM方法中，气-固相间信息映射过程与网格长度相关，为了保证相间信息映射的准确性，要求网格长度为颗粒粒径的3-5倍，这限制了CFD-DEM方法的应用。因此，对于问题2，本研究对比了八种将离散信息映射到流体网格方法，选用网格无关的核函数进行细网格下气-固相间的信息映射，将相间信息映射过程与网格长度解耦。此外，对于局部加密网格，本研究使用质心法耦合核函数方法进行相间信息映射，兼顾了计算效率与准确性。使用局部加密网格模拟埋管流化床验证了该方法的准确性以及计算效率。本论文建立了采用笛卡尔网格模拟复杂工业流化床内流动-传热-反应的CFD-DEM-IBM方法，并将网格长度与相间信息映射过程解耦，使具备网格局部加密的功能，有力推动了CFD-DEM方法在工业流化床模拟中的应用。未来将实现动边界以及复杂反应过程的模拟。