变压吸附空气分离制氧过程涉及传质、传热和动量传递,体系内压力、浓度和温度变化复杂,测量困难。依靠单纯实验研究存在很大的局限,难于获得吸附分离过程的内在机理。因此,相对迅速推广的工业应用而言,有许多研究工作需要加强。采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行变压吸附制氧数值模拟,针对气相单相多孔介质模型不能表现气体与固体吸附颗粒之间的传质、传热问题,通过自定义编程表现变压吸附分离过程中气固两相传质、传热,将单相模型完善成气-固两相流变压吸附模型,分析变压吸附循环过程气-固两相的相互作用,探索变压吸附内在机理。采用CFD方法研究了颗粒直径、反吹率对变压吸附制氧性能的影响,以更好地指导试验和分析吸附填充床内的流动分布规律,主要内容有：根据变压吸附空气分离制氧基本原理,确定其传质速率模型和两相平衡模型,采用FLUENT的用户自定义函数(UDF)功能,将传质模型和平衡模型与多孔介质模型耦合,以反映气-固两相传质作用。通过用户自定义标量(UDS)功能,引入固相能量方程,将多孔介质单相模型整合为更加完善的气-固两相流变压吸附制氧固定填充床模型。从组分Langmuir等温曲线模拟与实验对比、网格独立性测试、粘性模型使用对比及出口平均氧气摩尔分数模拟与实验对比等方面,验证气固两相流变压吸附模型的可靠性。基于建立的可靠两相流变压吸附模型,对常用两床四步变压吸附制氧循环进行模拟分析,得到不同循环内四步结束时吸附床内气相氧气摩尔分数分布,组分在固相中的吸附浓度及两相温度的变化等情况。结果表明：首次循环结束氧气最高摩尔分数可达72.0%,回收率在31.4%左右,气固两相温度波动在10K左右。非稳态循环期间,氧气摩尔分数和回收率都随循环次数增加而增加,但增加速度逐渐减小,在第6个循环时达到稳态。循环稳定后,氧气最高摩尔分数可达99.9%,氧气回收率在39.5%左右。固相中组分的吸附浓度只取决于气相中组分的摩尔浓度,与气相组分的摩尔分数没有必然关系。多孔介质两相区气-固温度变化主要是因为氮气吸附和脱附作用。采用两相流变压吸附模型,研究了颗粒直径和反吹率对变压吸附制氧产品氧气的浓度和回收率值的影响。反吹率为0.6时,采用颗粒直径0.4mm、0.8mm、1.6mm、3.2mm、6.4mm进行模拟对比表明,存在一个最优的颗粒尺寸1.6mm使得产气氧气平均摩尔分数和氧气回收率达到最大值,分别为99.7%和39.5%。颗粒直径为1.6mm时,对比反吹率0.4、0.5、0.6、0.7、0.8模拟结果发现,氧气回收率在反吹率为0.6时存在最大值。