流化床相较于传统的固定床,具有气固间接触充分、床层温度均匀等优点,而被广泛应用于石油化工、电力等领域。考虑到上述优势,目前已有学者将流态化操作引入煤沥青颗粒的氧化不熔化工艺中。然而,此工艺尚处于实验室研究阶段,物料升温过程中的多尺度耦合与传递机制仍不明确,实际工艺所关心的物料升温速率、温度均匀性指标的变工况研究仍较为缺乏。此外,流态化操作还带了物料的流化磨损问题。考虑到实验手段较难测量设备运行过程中的详细数据,本文从数值模拟的角度,对煤沥青球流态化氧化过程中的气固传热及流化磨损行为进行了较为系统和深入的研究。发展了适用于稠密气固体系内气固传热及流化磨损耦合过程的三维数理模型和数值模拟方法。其中,气相基于有限体积法,固相基于离散单元法。气固对流传热通过在控制方程中引入源项实现。对于流化磨损过程,体相断裂机理使用颗粒替换法描述,表层磨损则使用颗粒磨损量与颗粒间接触力、位移之间的半经验关联式进行描述。自行开展了标定实验以获得模型参数。模拟了鼓泡床和固定床的气固传热过程、单颗粒压碎及冲击磨损过程,将之与实验结果进行了对比,提升了模型可信度。基于本文所建立的数值模拟方法,模拟了煤沥青物料在固定床和流化床中的升温过程,将两者在宏观气固流型、介尺度分布以及颗粒尺度传热特性三个层次进行了对比研究。掌握了流化床内物料升温过程的多尺度规律。随后,对流化床内重要的操作条件、物料属性及床型结构的影响开展了系统性的研究。重点是量化分析了这些变工况参数与升温速率、温度均匀性之间的关系。研究表明:升温速率与床层热容量及来流所携带的热量有关。随着操作气速、氧化温度、操作压力提升,进入床层的热量增多,因此升温速率提高;物料密度和高径比的降低使床层热容量降低,床层温度响应更快;物料粒径的降低并未使升温速率发生明显变化。温度均匀性与床层内物料运移的剧烈程度密切相关,物料运移越剧烈,温度均匀性越好。相应的,处于高气速、高压力、低物料密度及小物料粒径下的床层,物料运移更剧烈,温度均匀性更好。基于本文所发展的数值模拟方法,对煤沥青球在流化床中的气固传热-颗粒流化磨损耦合过程进行了模拟研究。结果发现:流化磨损中的体相断裂机理使床层内逐渐产生碎屑,碎屑在顶部抛洒区、两侧边壁区、以及气泡尾涡卷吸区均有所聚集,且其温度远高于床层平均温度。表层磨损机理使得物料粒径从初始的窄筛分逐渐发展为宽筛分。升温速率与温度均匀性方面,与不考虑流化磨损的工况相比,表层磨损机理使升温速率系数提升约16%,温度均匀性提升6%;体相断裂机理使升温速率系数降低约33%,温度均匀性降低约21%。本文研究从数值手段揭示了煤沥青球流态化氧化升温过程中的多尺度传热机制,可为实际的工艺优化提供一定的参考。