太阳能热发电技术凭借能够大规模储热的优势,得到了广泛的应用。超临界二氧化碳（s CO₂）布雷顿循环热效率高、设备体积小、系统简单,应用于太阳能热发电系统中能显著提高热发电效率和经济性,是下一代光热发电技术的核心技术方案之一。s CO₂布雷顿循环的透平入口超过700℃,要求系统中的换热器能在高温下稳定高效地运行。固体颗粒的集热温度可超过900℃,能在高温下稳定工作,且价格低廉、环境友好,是s CO₂布雷顿循环中潜在的集热储热介质选择之一。浅层多级流化床换热器工作温度范围大、传质传热性能优异、布风板和床层压损小,其较大的长宽比使埋管可以采用直管形式布置以减小s CO₂压损,适合作为s CO₂换热器的结构形式。本文搭建30k W浅层多级流态化颗粒换热试验台,探究了浅层多级流化床内颗粒的输运特性及与埋管之间换热特性。并基于双欧拉流体模型对流化床内颗粒与埋管管束间的换热进行了数值模拟,结合析因设计和多元线性回归模型,探究了颗粒粒径、颗粒导热系数、流化气体风速等三个因素对颗粒与埋管间换热系数的影响。研究的内容主要分为以下三部分:利用浅层多级流态化颗粒换热试验台,试验分析了空床启动时的颗粒流动特性,采用脉冲示踪法获得了换热器内的颗粒停留时间分布规律。结果表明,颗粒在浅层多级流化床换热器内有良好的流动与输运特性,床层颗粒在轴向的流动以平推流为主,随着流化风速的增大,颗粒平均停留时间减小,床内颗粒流动向全混流变化。开展了1-2倍临界流化速度和5-30g/s颗粒流量下的热态试验,获得了床层温度、流化风速、颗粒质量通量对颗粒换热系数的影响规律。结果表明,换热系数随温度、颗粒质量通量的增加而增大,流化风速对颗粒换热系数的影响很小,不同埋管与颗粒间的换热系数存在差异,更靠近床层底部的埋管与颗粒间有更大的换热系数。在临界流化速度1.5倍左右,换热器采用直管管束逆流形式布置时颗粒侧换热系数可达590～860 W/（m²·K）。对于100MW级太阳能超临界CO₂布雷顿循环系统,流态化颗粒换热温度范围为650～900℃,换热器热效率约为98.7%,?效率约为80.6%,效能约为61.9%。基于双欧拉流体模型对流化床内颗粒与埋管管束间的换热进行了数值模拟,分析了瞬时气固流动特性与颗粒与埋管间的换热。模拟值与试验值之间的偏差小于10%,验证了模型的可靠性。利用析因设计与线性回归模型研究了颗粒粒径、颗粒导热系数和流化气体速度对换热的影响。发现颗粒粒径是换热系数主要的影响因素,流化速度是次要因素。