液固两相流动广泛存在于石油化工领域。由于液固系统本身具有非线性、结构不均匀性和流域多态性,这些性质使得流化床内液固两相流动特性较为复杂。因而深入研究液固两相流动具有重要的学术意义和工程应用价值。传统的颗粒动理学理论是在气体分子动力学理论基础上发展起来的一种描述颗粒介质流动及相互作用的工具。该理论假设颗粒为光滑颗粒,忽略颗粒表面粗糙引起的颗粒转动对颗粒碰撞过程中动量和能量交换及耗散的影响。对于表面粗糙的实际颗粒,颗粒间的摩擦传递剪切应力,相互挤压作用传递法向压力,致使颗粒在碰撞和液体湍流的作用下发生旋转。颗粒旋转不仅影响颗粒的运动轨迹,还将影响固相分布和周围气液流场。因此,有必要在传统颗粒动理学理论的基础上建立考虑颗粒旋转的粗糙颗粒动理学,从而对流化床内的液固两相流动规律进行进一步的研究,揭示颗粒旋转对液固两相运动的影响。基于传统的颗粒动理学理论,通过引入表征粗糙颗粒摩擦和切向非弹性的切向恢复系数β,以及综合反映颗粒平动运动和旋转运动脉动强弱的颗粒拟总温e0,结合输运理论,建立了考虑颗粒相旋转作用的颗粒相质量、颗粒相动量和颗粒拟总温守恒方程。由颗粒拟总温来关联颗粒相压力、颗粒相黏度和能量耗散等参数,并在此前提下提出颗粒相本构关系式,得到了粗糙颗粒动理学模型。基于双流体模型,分别结合粗糙颗粒动理学模型和颗粒动理学模型,模拟研究了流化床内液固两相的流动特性。模拟结果表明采用粗糙颗粒动理学模型模拟得到的液体体积分数能更好的与Ehsani等实测值吻合;颗粒旋转作用使得颗粒浓度和颗粒聚团现象增加,而颗粒床层膨胀高度、颗粒轴向速度和颗粒拟总温降低;经计算考虑旋转作用后,团聚物尺寸最大增加了约2.92 mm;分析了颗粒法向恢复系数、切向恢复系数、颗粒尺寸、密度、液体黏度和流速对颗粒旋转的影响。基于双流体模型,考虑到不同流体的流变特性,结合粗糙颗粒动理学模型,建立了适用于非牛顿流体-粗糙颗粒的液固两相流模型。基于Ehsani等的实验,数值模拟了流化床内非牛顿流体-颗粒两相流动。模拟结果表明流化床内呈现出明显的颗粒团聚物与涡旋并存的非均匀性结构。当液体为幂律流体时,采用粗糙颗粒动理学模型模拟得到的床层动态高度能较好地与Broniarz-Press等得到实验数据相吻合。同时分析了幂律流体流动指数和稠度系数对床层膨胀高度和颗粒拟总温等参数的影响。当液体为宾汉流体时,该模型仍然适用。此外,分析了宾汉流体塑性黏度和屈服应力对床层膨胀高度和液体黏度等参数的影响。相较于粗糙颗粒动理学模型,在不同塑性黏度下采用颗粒动理学模型得到的液体黏度较小,在不同屈服应力下采用颗粒动理学模型得到的床层膨胀高度较高。基于结合粗糙颗粒动理学模型的双流体模型,考虑了由于准球形颗粒间液膜的存在引起的法向恢复系数的变化,建立了适用于准球形湿颗粒的粗糙颗粒动理学模型,数值模拟了流化床中准球形湿颗粒的流动特性。并利用Ehsani等测得的液固流化床内液体的体积分数以及Lu等实测的液固流化床内非球形颗粒的颗粒浓度对模拟结果进行了验证。研究结果表明湿颗粒法向恢复系数模型和修正的湿颗粒法向恢复系数模型模拟得到的湿颗粒法向恢复系数随颗粒球形度的变化趋势相反,修正模型得到的湿颗粒恢复系数随颗粒球形度的变化趋势与wang等的实验结果相一致,即湿颗粒法向恢复系数随颗粒球形度的增加而增大。此外分析了颗粒旋转作用、颗粒尺寸和颗粒球形度对湿颗粒的法向恢复系数、碰撞速度、颗粒拟总温、颗粒相压力、颗粒相剪切黏度等参数的影响。结果表明湿颗粒的颗粒相压力和黏度高于干颗粒,且颗粒剪切黏度比颗粒旋转黏度大20倍左右。