我国褐煤储量丰富,但由于煤化程度低,水分含量高,开发利用程度低。褐煤的干燥是复杂的热质耦合传递过程,包含物理及化学变化,对其进行三维模型化研究极其重要。研究褐煤的物理模型及水分迁移,对提高脱水效率及脱水过程能量优化具有十分重要的意义。本文首先对三种褐煤样品进行了红外光谱分析、热重分析和真空干燥曲线分析,对其基础理化性质进行了探究。然后分别利用低温氮气吸附法、CO2吸附法、压汞法和SEM表面及切面扫描等方式对胜利、昭通、小龙潭褐煤的孔结构、表面性质进行了分析,结果表明,胜利褐煤表面和内部都含有丰富的孔和裂隙,连通性较好,0.5-0.6nm、0.8-0.9nm、0-100nm、10-370μm的孔结构及裂隙数量较多,中孔大孔区含有较多狭缝状孔,微孔区含有较多墨水瓶型孔和盲孔,在超微孔中则含有较多的狭缝孔结构。昭通褐煤表面和内部结构较胜利褐煤密实,颗粒层状结构明显,孔结构及裂隙主要存在于0.8-1nm、0-200nm、50-300μm,大孔、中孔、微孔区含较多狭缝状孔结构,超微孔中含有较多的墨水瓶型孔结构。小龙潭褐煤表面和内部孔结构较密实,孔和裂隙分布在0.6nm-0.9nm、0-100nm、100-300μm,大孔、中孔部分狭缝型孔含量较高,微孔部分墨水瓶型孔结构和盲孔较多,超微孔中含有较多的墨水瓶型孔结构。本文分别选用CO2吸附法、氮气吸附法和压汞法数据中的微孔、中孔和大孔部分孔结构参数,基于一定的假设和进一步参数的计算,通过Visual Basic编程和Matlab完成了对褐煤二维平面物理模型单元、三维模型单元及颗粒整体三维物理模型的建立,所得褐煤颗粒三维物理模型可表征内部孔结构坐标、空间状态及连通情况。基于孔道参数及空间位置状态,完成了对褐煤颗粒内部水分迁移过程的模拟,得到褐煤颗粒内部任意一点水分迁移路径轨迹、长度和曲迂度等数据,结果表明,三种褐煤等位置水分迁移路径长度较为相似,昭通褐煤的路径曲迂度普遍较胜利和小龙潭小,表明其水分迁移较快。并通过干燥实验和相关性分析,得到三维模型水分迁移模拟结果与实验结果具有很强的相关性。搭建了褐煤颗粒干燥实验平台,完成了不同条件下的褐煤干燥实验。实验结果表明,温度对脱水速率提升效果明显,在相同氮气流速(1.2L/min)条件下,胜利褐煤在300℃,2-3min干燥速率达到最大值且在5min以内干燥速率较高,脱水率达到30%以上;昭通褐煤在300℃,3min左右干燥速率达到最大值且在4min以内干燥速率较高,脱水率达到60%以上;小龙潭褐煤在250-300℃,2min左右干燥速率达到最大值,且在5min内干燥速率较高,脱水率可达到30%以上。氮气流速对脱水速率提升相对较弱,在相同干燥温度(200℃)条件下,胜利褐煤在1.4-1.6L/min,2-3min干燥速率达到最大值,并且在5min内保持较高脱水速率,脱水率可达到30%以上;昭通褐煤在1.4-1.6L/min,3min左右干燥速率达到最大值,且在10min内保持较高脱水速率,脱水率可达到55%;小龙潭褐煤在1.2-1.6L/min,4min左右干燥速率达到最大值,且在7min内保持较高脱水速率,脱水率可达到30%以上。最终本文结合褐煤内部孔结构性质,制作与褐煤孔性质类似的不同连通状态、不同孔径的毛细管,对褐煤内部水分迁移进行实验模拟,结果表明,褐煤干燥的汽化过程只发生在孔道内含有气液界面的位置。对于半封闭与连通型裂隙结构的干燥,与外界连通的裂隙开口端水分汽化,液面向内部移动,内部气液界面同时汽化并向外推动,在内外两液面协同作用下,水柱在移动过程中减小直到消失。当受热不均匀时,出现液柱流动至表面富集现象。对于较裂隙尺寸小的大孔结构,干燥过程中只有液面随干燥内移的过程,液柱流动性差,干燥效率低,推测出现局部低温,传热效率低,影响干燥效率。