中文摘要：

本课题从两相流动拟序结构的角度,考察不同动态激励下,当气粒比及流动方向(上行或下行)变化时,拟序结构的变化对竖直槽道内气粒两相流动过程的影响。在实验研究中，将定性的流动显示技术与PDPA定量测量技术相结合，掌握气粒两相流动中拟序结构的定性特征和定量的功率谱分布。在数值模拟中，以亚格子尺度下湍流能量的输运方程为基础，综合考虑气粒两相间相互耦合机制，建立合理的亚格子封闭模型。通过建立高效率的求解方法，对竖直槽道内气粒两相流动的动态演变规律进行数值模拟。将实验研究和大涡模拟方法相结合，详细了解气粒两相流动的动力学特征，探索控制竖直槽道内气粒两相流动的因素，为实际工程装置中气粒两相流动过程的优化设计及控制提供科学依据。

结论摘要：

本课题以竖直槽道内的气粒两相流动为对象，对不同气粒比及不同流向下的两相流动状态进行了研究。建立了气粒并流上行两相流动实验系统，发现了竖直槽道内颗粒团演化的几种典型过程颗粒团逐渐长大、逐渐缩小、破碎及合并。在快速流态化状况下，对于一定的颗粒循环量，在槽道壁面附近会形成类似"沙丘"形状的准静止颗粒团。建立了气粒并流下行两相流动实验系统，进行了两相流动的PIV测量，在下行槽道内，颗粒的流向速度远远高于其横向速度，颗粒的流向脉动速度也远远高于其横向脉动速度。对气相采用大涡模拟，对颗粒相采用轨道模型，模拟了竖直槽道内稠密气粒两相流动过程，发现大尺度颗粒团诱导出的大尺度涡及壁面边界层的分离是颗粒在壁面附近区域聚集的主要原因之一。采用DSMC方法模拟了快速流化床内稠密气粒两相流动，采用颗粒团的概念对曳力系数模型进行了修正，模拟结果表明修正的曳力系数模型能合理描述快速流化床内的气粒两相流动状态。在双流体模型框架下，对稀疏和稠密两相流动过程进行了大涡模拟。在稀疏两相流动中，当Stokes数较小时，颗粒相的流动具有和气相相似的拟序结构特征。在稠密两相流动中，应考虑颗粒团聚对气粒两相间曳力的影响。