粉体广泛应用于能源、化工及冶金等领域,在粉体制备、输送及存储等过程中,由于粉体与器壁及颗粒与颗粒之间的碰撞、摩擦,粉体不可避免的产生静电。高度带电的颗粒会引起团聚、粘壁等问题,甚至可能引起放电、火灾或爆炸。充分理解运动颗粒系统中颗粒荷电特性及静电效应,对预防颗粒静电危害具有重要的理论意义和工业指导价值。然而,目前对于颗粒的荷电特性的研究仍然不够清晰系统,颗粒荷电特性及影响机制没有统一结论。本文在颗粒尺度进行颗粒荷电特性研究,获得了颗粒-颗粒碰撞荷电、颗粒-平板碰撞荷电及摩擦荷电的详细规律,构建颗粒荷电模型;在颗粒体系层面,采用实验研究和离散元（DEM）数值模拟相结合的方法,系统地研究了多颗粒荷电特性和带电颗粒运动形态,阐明了多颗粒荷电的详细规律及静电效应。全文主要成果如下:设计并搭建单颗粒碰撞荷电实验系统,利用高速摄影技术重建颗粒运动轨迹并得到颗粒与壁面碰撞后转移电荷量,克服了传统方法无法测量外加电场下颗粒荷电的缺点,获取了颗粒在不同操作参数和材料物性下的碰撞荷电特性。颗粒碰撞带电量与颗粒初始电荷呈线性相关,线性斜率与颗粒的材料有关;颗粒的碰撞带电量随着碰撞速度的增大而增大;不同材料颗粒与相同壁面碰撞时,颗粒带电极性与大小均不相同。通过电势分布确定了碰撞点的外加电场大小和方向,探究了外加电场对颗粒碰撞荷电的影响规律,外加电场下颗粒的碰撞带电量与颗粒的初始带电量无关,外加电场可以改变颗粒碰撞带电过程中电荷转移的方向。颗粒与颗粒碰撞荷电实验结果表明,对于相同材料颗粒,粒径较小颗粒与粒径较大颗粒碰撞后的获得正电荷。基于实验结论和电子能级经典理论,阐明了颗粒表面电荷与外加电场对接触电势差影响机制,构建了驱动电荷转移的物理模型。设计并搭建单颗粒-平板摩擦荷电实验系统,通过改变颗粒初始静电量、颗粒材料和摩擦距离等,阐明了单颗粒摩擦荷电的特性及影响机制。实验结果表明,颗粒摩擦带电量的平均值和标准差随滑动距离的增加而增加,确定了颗粒摩擦带电量随着初始带电量的增大而减小的结论,提出了用摩擦带电系数表征颗粒摩擦荷电效率。阐明了不同颗粒的摩擦带电量和带电系数,发现聚合物颗粒的摩擦带电量和摩擦带电系数均小于纤维素颗粒。对于相同材料颗粒,在滑动或滚动相同的距离后,球形颗粒的滚动摩擦带电量和摩擦带电系数比柱状颗粒滑动摩擦带电量小。利用改进型的Greenwood和Williamson模型,构建了粗糙颗粒真实接触面积与摩擦带电量之间的关联,当法向负载增加时,粗糙颗粒的真实接触面积随之增加,摩擦带电量随之显著增加;平均摩擦带电量与表面粗糙度的平均值呈负相关;粗糙顶峰的曲率特性是引起真实接触面积的变化并最终导致摩擦带电量变化的关键因素。在旋转容器中进行了多颗粒荷电特性及静电效应实验研究,获得了不同物性参数和操作参数下多颗粒荷电规律,基于颗粒静电量随时间呈指数函数增长等特性,提取了颗粒饱和静电量和总带电效率等特征参数;揭示了旋转速度、颗粒粒径、颗粒种类和空气的相对湿度对表面饱和电荷密度及总带电系数的影响规律。通过带电颗粒静电耗散研究得到了带电颗粒表面电荷密度的衰减规律,获得了静电耗散系数和颗粒静电生成系数。基于图像处理技术获取了颗粒在旋转容器中的运动轨迹和速度等参数,并采用颗粒最小外接圆（MCC）、颗粒径向概率分布函数（PDF）和颗粒温度等特征参数来表征带电颗粒分布特性,阐明了静电相互作用对颗粒分散形态的影响规律:随着带电时间的增加,颗粒静电量增大,颗粒最小外接圆半径逐渐增大,并最终达到稳定状态;颗粒静电量的增加引起颗粒集体性的向外扩散,导致径向概率分布函数的曲线变得更平坦;颗粒间总接触次数随着颗粒静电量的增大而迅速减小;随着颗粒静电量的增长,颗粒温度呈现先急剧上升,然后逐渐下降再开始缓慢上升的趋势。构建了颗粒碰撞、摩擦综合荷电模型,利用DEM模拟了旋转容器中颗粒电荷生成和颗粒静电分散过程;使用实验得到的颗粒静电量、颗粒分散程度及颗粒温度等特性参数对摩擦荷电模型进行了定量对比和验证,模拟结果与实验数据吻合很好。同时,模型考虑了绝缘壁面的电荷积累,完善了带电颗粒与带电壁面间静电力模型,得到了绝缘容器壁面上的静电生成和分布特性;容器内壁面表面电荷的存在会抑制颗粒静电量的增长,导致颗粒饱和静电量减小,而带电颗粒与带电壁面间的库仑引力会促进颗粒的分散。使用已验证的DEM模型进行系统的数值模拟研究,结果表明:表征颗粒分散程度的无量纲最小外接圆半径值与颗粒静电量呈线性关系,获得了颗颗粒静电量与颗粒运动形态的关联;对比了中性颗粒和可带电颗粒的颗粒温度曲线,发现可带电颗粒系统由于颗粒静电量的增加会导致颗粒温度增加,而中性颗粒的颗粒温度一直保持平稳状态;颗粒的电荷积累不受摩擦系数的影响,不同的摩擦系数会导致颗粒的分散程度和颗粒温度发生变化。