由单个“入侵者”颗粒和背景颗粒组成的体系是一种典型的双分散颗粒体系。由于实验条件的限制,之前的研究大多关注“入侵者”颗粒的平动运动。但是由于颗粒的表面粗糙度和摩擦会导致颗粒的平动动能和转动动能之间的相互转换,从而导致系统整体能量耗散的改变,因此研究颗粒的旋转十分必要。为了对“入侵者”颗粒在床层中的运动进行完整的动力学描述,本文首次将新型的微型传感器嵌入到“入侵者”颗粒中,对垂直振动床中“入侵者”颗粒的旋转动力学开展实验研究。本论文的研究内容主要包括两部分。第一部分对单颗粒床层的运动展开研究,主要关注床层在垂直振动条件下的运动模式和床层中边壁驱动的对流,并绘制了相图。第二部分在背景床层中置入了“入侵者”颗粒,测量了“入侵者”颗粒的角速度并计算其所受的剪切力矩,考察了在不同流化状态的床层中“入侵者”颗粒的旋转动力学。本文根据第一部分的研究结果确定了准二维床层中的实验参数,统计了不同振动参数下“入侵者”颗粒的角速度分布,发现其偏离了高斯分布并且服从指数分布,可见“入侵者”颗粒处于非平衡状态。在不同的流化区域,“入侵者”颗粒的平均角速度以及平均剪切力矩随振动速度的变化趋势不同。“入侵者”颗粒的角速度和剪切力矩表现出了强烈的各向异性。通过对“入侵者”颗粒角速度的自相关函数进行分析,发现在不同的流化区域,“入侵者”颗粒的旋转受到了不同因素的影响。在反常规对流中,“入侵者”颗粒平动和旋转的方向倾向于相互垂直,通过垂直振动注入的能量主要转化为了“入侵者”颗粒的平动动能,并且主要分布在驱动的方向。除了准二维床层,本文还研究了不同直径的“入侵者”颗粒在三维圆筒床层中的旋转,发现“入侵者”颗粒的平均角速度以及平均剪切力矩均随着振动速度和“入侵者”颗粒直径的增大而增大。在未流化区域,“入侵者”颗粒的旋转主要受到垂直振动的影响。在常规对流区域,“入侵者”颗粒的旋转主要受到背景颗粒摩擦的影响。与准二维床层相同的是,“入侵者”颗粒在水平方向的平均角速度大于竖直方向,在竖直方向的平均剪切力矩大于水平方向。