环流反应器是在鼓泡(或浆态)床的基础上发展起来的一种高效气液(或气液固)反应器。以研发高效的费托合成、醇基燃料合成、渣油加氢和水合物分离轻烃等过程所采用的反应器为背景，本实验室在吸收内环流和外环流反应器优点的基础上，提出了新型组合式环流反应器。论文在一套大型冷模装置上对空气-水和空气-水-玻璃微珠体系的流体力学特性开展实验研究，随后在ANSYS CFX 10.0商业软件平台上进行了详细的数值模拟，并采用CFD技术探索了分布器设计和导流筒尺寸的结构优化方案。取得了以下认识： (1)．采用双电导探针技术对新型组合式环流反应器内空气-水和空气-水-玻璃微珠体系的局部气含率径向分布和截面平均气含率轴向分布以及总平均气含率的实验研究发现：局部气含率、截面平均气含率和总平均气含率均随着内环表观气速、外循环液体(浆)速度和颗粒浓度的增加而增加；其中内环表观气速影响最为明显，外循环液体(浆)速度影响次之，而颗粒浓度影响最弱；同时，由于内构件的引入导致内环各区域局部气含率径向分布存在较大的差异，然而在下行流为主体的外环，其局部气含率径向分布比较均匀。 (2)．由双电导探针技术对新型组合式环流反应器内空气-水和空气-水-玻璃微珠体系的气泡直径、气泡速度和相间接触面积的测量结果表明：气泡平均直径、气泡平均速度和气液相接触面积均随内环表观气速的增大而明显增大；随着外循环液体(浆)速度和颗粒浓度的增大，气泡平均直径、气泡平均速度降低，而气液相接触面积却增大。在实验与理论分析的基础上，建立了气泡平均直径和气液相接触面积的半经验模型。 (3)．以湍流双流体模型为基础，采用k-e模型和GRACE曳力模型对空气-水体系进行了详细的数值模拟。通过与实验测量结果进行对比后发现，采用局部加密的杂交网格方法和以描述多气泡特性的MLJSIG模型可以较好地预报新型组合式环流反应器内气液两相流动特性。进而数值模拟结果展示了反应器结构的非轴对称性对不同方位角局部气含率径向分布的影响；中心下料管影响区内气含率受内环表观气速和外循环液速共同作用；气泡在外环是以主体向下流动的同时伴随有导流筒附近上升的特征，揭示了外环气含率随轴向高度降低而减小的现象。上述三点模拟结果均对实验测量起到了必要的补充作用。 (4)．将建立的气液体系数学模型进行改进后应用于以液固按拟均相处理的气液固三相体系。模拟了空气-水-玻璃微珠和空气-水-低压聚乙烯粉末两种气液固体系的流动特性，与实验测靖比较一致的结果进一步证实了本论文所采用数学模型的可靠性和数值模拟方法的实用性。 (5)．通过对新型组合式环流反应器的实验与模拟结果肯定了中心下料管优势的同时，提出了反应器气体分布器和导流筒尺寸进一步优化的方案，即：采用一种特殊开孔方式的双环管式气体分布器，且在本实验的操作条件下导流筒的适宜直径为0.211m。