一、选题背景和意义：
固体流态化技术是化学工程领域的一个重要分支，流化态后的颗粒床层被称作流化床，将其运用到实际生产中的技术就是流化床技术。由于床内颗粒较细，采用该技术能够消除系统内的扩散阻力并充分发挥反应催化剂的效能。流化床还具有优秀的的传热和传质效率，而且床内颗粒的温度能够维持稳定均匀分布，这就使得同时处理大量固体颗粒成为可能。同时它还具有燃料适应性广，污染物排放量低等优点，因而流化床技术在包括石油加工，环境保护，半导体材料，药品食品生产等许多领域都得到了广泛的应用，尤其在能源的开发利用方面有着广阔的应用前景。我国对超临界循环流化床锅炉的研究十分重视，自主开展了对超临界循环流化床锅炉的科技研发，率先实现了技术上的突破，建立了领先于世界水平的超临界循环流化床锅炉设计理论体系，完成了世界首台600MW超临界循环流化床（四川白马超临界循环流化床示范电站）的系统安装。在国外，流化床技术已经被包含挪威可再生能源公司（REC）、德国瓦克公司（Wacker）、美国HemLock公司等在内的多家企业应用于太阳能技术的生产一线。
如果可以准确地观测到流化床中颗粒物质的运动情况及其特征参数，将有利于我们进一步掌握流化床的工作特性和流化床中颗粒物质的变化规律，对提升流化床传质传热能力将大有帮助。根据已有的研究，我们知道颗粒团聚现象只在循环流化床（CFB）的上升管中才会出现，而在鼓泡流化床中则没有这个现象。颗粒团聚一旦形成，其速度、形状、大小和长宽比等参数都会显著影响传质传热的效果，甚至可能改变系统中物质的分布情况，进而造成颗粒流动不稳定，系统压力不规则波动，颗粒移动速度不均匀等降低循环流化床工作效率的现象。因此，研究颗粒团聚等介观尺度的特性具有重要意义。
另外，由于曳力是气固两相流系统中最重要的相间作用力，为了实现流场的准确模拟，采用合适的曳力模型至关重要。一般来说，传统的均匀曳力模型与实际情况相差比较大，无法模拟循环流化床中存在的环核流动，浓稀不均等现象，而非均匀曳力模型能够捕捉并描述这些现象。为了更准确地建立符合真实情况的三位数理模型，自然需要考察各个不同曳力模型的模拟情况并比较模拟结果。本课题正是基于此目的，构建适用于D类颗粒上升管流动的三维数理模型，采用数值模拟方法研究其宏观尺度和介观尺度上典型的气固流动特性。
本项目来源于指导老师主持的国家自然科学基金—可燃固废/煤双流化床热转化过程的LES-DCM 数值模拟研究，创新点主要在两处：一是以往研究针对的是A类和B类颗粒，而本课题则延伸到D类颗粒；二是增加了介观尺度上颗粒团聚规律的研究。
二、课题关键问题及难点：
课题需要解决的关键问题有以下三点：
1. 基于MP-PIC，构建适用于Geldart D类颗粒上升管流动的三维数理模型；
2. 阐明介观尺度上的非均匀气固流动特性；
3. 揭示上升管内颗粒团聚特征随操作参数的变化规律。
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