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提升管反应器是石油炼制工业中催化裂化装置的核心部件，其中的喷嘴进料混合段内油剂流动与反应状况对催化裂化产品分布和质量都有着至关重要的影响。由于该段区域流动复杂，为三维稠密气固交叉射流流动，颗粒相返混严重，相关的定量研究很少。为此，石油大学承担了研究开发“抗返混新型提升管技术”的任务。本文将从实验和模拟两方面出发，对该区域内气固两相流动特性进行研究，为开发抗返混提升管技术提供理论依据。
实验是在一内径为186mm，高为14m的大型提升管冷模装置上进行。本文首先测量了传统等直径喷嘴进料混合段结构内颗粒流动与射流相流动的特点，为下一步的数值模拟提供了实验依据；并针对该区域，对结构进行了优化，提出了两种新的结构。对这两种新结构内颗粒速度及两相浓度分布的实验测量表明，两种新结构均能有效地改善喷嘴进料混合段内颗粒相的浓度、速度与返混比分布。
为了准确模拟传统等直径结构时喷嘴进料混合段内气固流场，本文首先对喷嘴出口(对提升管而言是射流入口)的边界条件进行了研究，然后又研究了适合于该区域的稠密气固两相湍流模型，并以CFX软件为平台，进行了二次开发和验证。
为尽量接近工业实际，模拟时本文采用的为矩形扁平喷嘴。通过研究矩形喷嘴气相自由射流的工况，本文首次发现通过对矩形喷嘴出口处气体速度采用抛物线修正，可得到实验中所发现的气体轴向速度沿喷嘴长边呈马鞍形分布的特点；并首次将类似修正应用于圆管内气相多股受限交叉射流中的矩形喷嘴出口，正确得到了气相流场内流体速度峰值出现的径向位置和偏折区结束的长度，与实验结果吻合相当令人满意，证明了对矩形喷嘴射流进行模拟时，需对喷嘴出口进行某种方式的速度修正，这为随后的喷嘴进料混合段内的气固两相流模拟中正确确定边界条件奠定了基础。而且讨论了射流比与喷嘴安装角度等因素的影响，为正确设计提升管进料混合段提供有价值的指导。
提升管喷嘴进料混合段内为稠密气固两相湍流，相应的多相流数学模型并不完善，为此本文首次推导并建立了k-ε-kp-Θ-kpg气固两相湍流模型。以CFX4软件为平台进行了二次开发，对提升管内稠密气固两相流的时均流场进行了模拟。模拟结果表明，该模型可成功预测出颗粒在边壁附近的滑落，并同实验数据有较好的吻合，模拟结果较其它数学模型有所改进。
在上述工作的基础上，以CFX4软件为平台，本文采用k-ε-kp-Θ-kpg气固两相湍流模型，首次对提升管喷嘴进料混合段内三维两相流动进行了数值模拟，并和实验结果进行了对照。结果表明，模拟值和实验数据在分布趋势与分布特点方面吻合较好，并清晰地获得了该区域内颗粒速度与浓度在截面上分布不均匀的特殊结构，以及沿轴向逐步发展的变化细节；还总结了主要参数对这些流动结构细节特征的影响规律。最后，还对高稠密气固两相流动情况下面气固相间滑落情况作出了初步定量分析，供工程应用参考。这些都为今后优化与改进喷嘴进料段的设计，从两相流动机制上提供了有价值的理论指导。