流体颗粒(即液滴或气泡)的破裂和聚并是化学工业中的常见现象。破裂和聚并过程决定的流体颗粒尺寸分布将对多相反应器的混合、传递、反应等性能产生重大影响。因此,深入了解流体颗粒的破裂和聚并过程并构建合理的理论模型有利于开发、设计和优化多相反应器。本文对湍流条件下液滴的破裂机理进行了深入分析,在全能谱框架下构建了低粘液滴的多元破裂机理模型。与前人不同,本文建立的破裂机理模型不受二元破裂假设和液滴尺寸落在惯性子区假设的限制。在整个能谱区域内,从物理过程出发,建立了适用于二元、三元和四元破裂的破裂频率模型和子尺寸分布模型。在机理模型中考虑了液滴的表面摆动和初始形状对碰撞频率和破裂概率的影响。根据建立的机理模型,从理论角度合理地解释了文献中存在的两种相悖的学术观点。本文还利用实验数据对所提模型进行了验证。模型的预测结果能够与不同作者在不同操作条件下测量的破裂频率和子尺寸分布吻合。另外,将所提破裂机理模型与群体平衡方程进行耦合求解,耦合模型对搅拌釜反应器内液滴尺寸分布演变给出了令人满意的预测结果。在整个能谱区域内本文对湍流主导的流体颗粒的聚并过程进行了研究,并提出了两种不同的聚并机制。基于空间角推导了两流体颗粒间的碰撞概率以及湍流涡和流体颗粒间的碰撞概率。根据碰撞概率,运用联合概率的思路对每种聚并机制构建了相应的理论模型。采用由靠近方程和液膜排液方程构成的耦合模型预测的临界聚并速度对聚并模型进行封闭。不同于前人仅考虑等尺寸湍流涡对聚并的贡献,本文建立的聚并机理模型考虑了不同尺寸湍流涡对给定尺寸流体颗粒聚并的贡献。同时,模型还考虑了湍流涡寿命时间及湍流涡和流体颗粒间的平均碰撞自由程对聚并的影响。本文也提出了一个适用于全能谱的二阶纵向结构函数。另外,模型预测出的临界聚并速度及搅拌釜内液滴尺寸分布演变均能合理的吻合实验结果。此外,利用开源流体力学软件,对两等尺寸液滴的聚并过程进行了直接数值模拟。基于数值模拟结果,对现有排液机理模型中采用的假设进行了分析。由计算结果可以发现:(1)雷诺润滑近似假设具有局限性,随意忽略轴向压力梯度对排液的影响可能会导致机理模型预测出不合理的结果;(2)轴对称液膜假设在排液前期具有合理性,但排液后期该假设会失真;(3)液膜边界处使用的恒作用力边界条件具有合理性,而恒靠近速度的边界条件与数值计算结果有较大出入。这些研究对今后构建更为合理的排液机理模型具有指导和借鉴意义。