煤炭是我国能源结构的主体,而煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的基础产业。在煤炭开采过程中,完善的井下运输系统对保证作业安全、提高工作效率以及降低生产成本等至关重要。管道气力输送具有安全、绿色、清洁的优点,目前广泛应用于近距离煤粉和电厂小颗粒煤输送。然而,煤炭大颗粒采用气力输送的可行性尚未证实,其关键技术尚未明确。本文依托国家自然科学基金面上项目——“长距离煤炭气力输送中多尺度异形体颗粒系统动力学行为研究”,以煤炭大颗粒为研究对象,基于气固两相流理论、耦合计算流体力学与离散单元法（CFD–DEM）,计算分析煤炭大颗粒在管道流场中的运动学及动力学行为,设计气力输送关键部件与输送系统,结合试验对煤炭大颗粒喷射、旋流气力输送以及弯管气力输送等关键技术展开研究,为气力输送技术在煤炭工业方面的应用提供依据。采用Eulerian–Lagrangian双边耦合方法对煤炭气力输送进行研究,基于牛顿第二运动定律、质量守恒定律与动量守恒定律给出气固两相控制方程,确定以拾取速度作为煤炭大颗粒的临界速度,明确气力输送系统压力损失组成,分析压力损失计算模型,总结造成管壁磨损的主要因素,对比磨损理论模型。分析煤炭大颗粒在轴流流场与旋流流场中的运动行为,明确其受力情况并得到运动方程,建立颗粒之间的力–位移模型,获得碰撞过程中煤炭大颗粒的切向力与法向力,为研究颗粒运动以及流场条件提供理论支撑。基于尺寸特征与形状特征两方面对煤炭大颗粒形貌进行描述,采用三维扫描与几何填充相结合的方法获得煤炭大颗粒重构模型,综合考虑填充效果以及仿真计算时长,确定填充球体的优选数量为20。通过注入法堆积试验测定5–15 mm煤炭颗粒安息角,能够进一步校验颗粒–颗粒的接触参数,为离散元模型精准化构建奠定基础。设计适用于煤炭大颗粒输送的喷射器与喷射系统,通过试验监测管道内颗粒输送状态并获得颗粒质量流率等输送特性,发现收缩角增加后,颗粒逐渐由均匀流向管底流转变;开展CFD–DEM数值模拟,获得湍流动能分布、颗粒速度与分布、颗粒运动轨迹、喷射颗粒数量以及腔内颗粒数量等流场特性,发现收缩角增加后,局部湍流强度随之增加,颗粒质量流率先增加后减小,综合对比并揭示优选收缩角,为煤炭大颗粒喷射技术的完善提供可靠依据。针对轴流输送易出现的颗粒沉积问题,设计煤炭大颗粒旋流输送管与输送系统,通过试验研究旋流输送系统的压力特性,发现旋流数增加后,静压随之降低,而静压降呈现先增后减的变化趋势。开展旋流流场中颗粒运动行为的数值模拟研究,获得流场轴向速度与切向速度、颗粒分布等流场特性,发现旋流流场轴向速度沿管道轴线呈对称分布,切向速度沿管道轴线呈中心对称分布,粒径增加后,中心区域体积分数随之下降,优选旋流数由0.27增加至0.4,为煤炭大颗粒旋流输送技术的完善提供数据保障。针对弯管结构的薄弱环节提出三种异形弯管,设计双层管壁结构的弯管并安排正交试验,通过极差分析与方差分析发现弯管形状与气流速度对管壁磨损率、颗粒破碎率以及弯管压降影响均显著,而颗粒粒径与供气压力仅对弯管压降影响显著,并揭示了优选的弯管形状及输送参数。随后对优选方案中的盲通弯管进一步优化,设计弧形堵头代替垂直堵头,采用数值模拟研究堵头对颗粒速度与分布、管壁磨损以及碰撞能量损失的影响,发现圆弧角小于20°或大于40°均不利于堵头内形成稳定的颗粒堆积,堵头高度在一定范围内能够使颗粒将堵头底面完全覆盖,有效缓解颗粒对管壁的连续冲击,并揭示优选结构参数,为煤炭大颗粒弯管输送技术的完善提供有力支撑。该论文有图73幅,表16个,参考文献172篇。