回转窑、球磨机等回转筒类过程装备广泛应用于我国化工、冶金、矿业等重要工业部门，但是这些过程装备的运行效率和自动化水平却不容乐观，与工业发达国家相比存在较大差距。其中的主要原因在于回转筒内工艺机理复杂且耦合严重，包括物料混合及流动、气体流动、化学反应、传热传质等相互耦合的物理化学过程。其中物料颗粒的混合速度及混合程度是影响传热效率和产品质量均一性的重要因素之一。因此，研究回转筒内物料混合动态过程、建立合适的过程描述模型具有较高的理论价值和工程意义。目前,研究回转筒内物料混合过程的主要方法有离散元方法（Discrete ElementMethod）和物理实验方法。DEM以离散动力学理论为基础，其优点在于可以模拟物料每个颗粒运动过程并将其可视化；其缺点在于计算量庞大、计算结果对输入参数比较敏感，仿真结论的正确性有待进一步验证。因此，物理实验依旧是研究物料动态混合过程的重要方法，而基于图像的测量与分析技术由于其快捷方便的优点成为实验研究的主要手段。本文根据国内外最新研究动态，在冷态回转筒实验装置上模拟物料颗粒的混合过程，采用图像处理技术测量了局部颗粒浓度、以及颗粒接触点象素总数随时间的变化关系，对比了两种不同的物料混合动态过程的曲线描述方法。在此基础上，采用最小二乘法对过程数据进行拟合分析，结果表明，物料混合动态过程模型可以用一阶惯性环节来描述，并给出了混合时间和混合速率的计算公式，提出了混合动态过程曲线的标幺方法。根据文献数据对该模型进行了测试，验证了其有效性。基于这一模型，本文给出了混合动态过程关键参数（即混合时间、混合速率）的定量计算公式，并通过多组实验研究了转筒操作参数(填充率、转速)对这些关键参数的影响关系。结果表明，在本文实验条件下，混合时间受填充率影响不大，但随转速的增大而减小。此外，本文还初步研究了物料混合过程与传热过程之间的关系。采用外热式回转筒实验装置，通过多路无线温度测量技术获取物料在不同深度的温度随时间的变化动态曲线，并与物料混合过程动态曲线进行对比分析。结果表明，转筒转速越大颗粒混合速率越快、物料温度均一速率越快。本文所提出的物料混合动态过程图像分析方法及过程模型为回转筒类过程装置的设计和优化提供了依据。