燃烧源可吸入颗粒物对于人体健康和自然环境有严重的危害作用,了解其在燃烧过程中生成和长大过程的机理是在燃烧过程中控制颗粒物生成的前提,其核心问题之一是颗粒-颗粒的碰撞和凝并过程。而由于湍流对细微颗粒具有复杂的输运作用和局部聚集效应,细颗粒的碰撞率将不同于常规的几何碰撞率。研究具有有限惯性、并有局部富集条件下颗粒的碰撞率是目前两相流体力学和气溶胶动力学的研究热点之一。本文在系统总结有关颗粒平均碰撞率模型的研究进展和相关数学模型、算法的基础上,基于后溯算法,构建了能够模拟三维空间内具105~106个颗粒碰撞的直接模拟程序,其中颗粒动量方程采用二阶预估-校正格式,颗粒位移采用二阶Adams积分,气相湍流场采用拟谱方法求解,颗粒位置上流体的速度由气相场用四阶拉格朗日插值得到,通过采用相邻网格、网格排除和颗粒排序等方法对程序进行优化,程序计算量较常规方法可低2个数量级,满足了在微机上模拟巨量颗粒碰撞需要。使用该程序,首先对均匀剪切流内St<<1的颗粒(轻颗粒流)和St>1且速度呈高斯分布颗粒(重颗粒流)两种工况进行数值验证,其结果和文献中的解析解一致,证明了算法和程序的可靠性,并讨论了计算参数的选取原则。进一步的,本文对各向均匀同性湍流内有限惯性颗粒的聚集现象及其对碰撞率的影响进行了模拟计算,采用径向分布函数、归一化的条件颗粒浓度等参数定量表征了不同St数颗粒的局部聚集程度;对St=1的颗粒,受局部聚集的影响,其颗粒碰撞率可为零惯性颗粒的20~30倍。