颗粒作为一种换热介质的应用前景是非常广泛的。能够在高温下稳定工作的传热剂不仅能够根据热力学原理，提高热能的利用效率，还可以产生低温换热介质所不能实现的新功用，例如高温分解水形成氢气和氧气，这一反应在 900℃以上便可自发进行。
但目前常用的换热介质无法工作在这样高的温度区间：液态水即使加压也会在 385℃达到临界状态，改变其液态状态；而水蒸气达到高温时，又具有较高的反应活性，能够与多种金属发生化学反应，如反应堆常见的锆水反应900℃；而一般常用的低熔点液态金属换热介质，如钠钾合金，水银的沸点均低于900℃；而像铅、铅铋合金的材料损伤效应又随着温度急剧增加，一般认为适用范围最高也只有 480-550℃，而且核领域液态金属一般需要配合较为复杂的成分调节系统，控制其组份，增加了成本和设计难度。一般来说，高温换热系统常采用气体，如高温气冷堆等使用的氦气或二氧化碳，但气体作为换热介质存在体积比热容低等问题，需要对设备加压才能达到较大的换热功率。
下表给出了几种常见的换热工质及其使用情况。热量的传递有三种基本的途径即对流、辐射、传导。一般来说，传导在固体的热传递过程中起到了决定性的作用，而对流的特性使得液体和气体能够有效的从热源吸收热量，并通过换热器释放热量。目前在运行的反应堆仍然以水为最常见的换热介质，少部分的反应堆采用了液态金属和气体，这些流体能够以 102-105W/m2·K 的换热系数对发热单元进行冷却，当沸腾发生时，甚至可以达到~106W/m2·K。在高温的场合，热辐射的作用就必须予以考虑，这一过程遵守兰州Stephan-Boltzmann 定律，如果以换热系数表示，这一换热系数与温度的 3 次方成正比。在流动的颗粒体系作为一种换热介质工作时，颗粒体系的固体和作为其环境的气体都参与了热量传递的过程，三种热传递机制都起到了相当程度的作用。
对于颗粒传热的关注从古罗马时期就开始了，而较为现代的研究则可以追溯到麦克斯韦的时代，并随着 20 世纪各种床反应器的普及而受到了日益增长的关注。在核能领域，不仅有上面提到的堆积球床靶和流化粉末靶，核裂变反应堆当中的球床反应堆，核聚变研究中的增殖包层，也都是以颗粒体系为基础的。因此，相比于当前的换热工质，颗粒体系有望在高温换热领域发挥更大的作用。
2.2 颗粒体系的流动特点
颗粒系统能够作为换热介质使用是和颗粒材料独特的力学特性和传热特性分不开的，颗粒系统独特的流动特性允许颗粒材料使用机械、气流方式进行输送或者在重力的驱动作用下实现长距离的自发流动。
尽管颗粒能够以类似流体的形式进行流动，在流动过程的描述中也借用了连续介质流体的一些概念，但总体来说，颗粒介质的流动和连续介质的流动有着很大的不同，这些不同有些对于颗粒作为换热工质的工作性能有着至关重要的作用。 连续流体的流动是由于压头作为驱动力的存在而实现的。但颗粒作为一种非连续的多体非弹性耗散体系则不同。非连续的颗粒系统中的颗粒一旦脱离接触，就不再有力的相互作用；而耗散体系则使得颗粒系统内的颗粒即使在良好接触的作用下，也不能存在水一样长距离的、各向同性的进行压力波的传递。在竖直的高容器的底部开孔，流体流出的速度与流体整体形成的压头和开孔处的流体局部损失有关。但在实际中常见的粗糙较大的颗粒体系中则基本由开孔处的情况而决定，在堆积体足够高、出口孔径不大的情况下与堆积高度是无关的。这一特点最早由 Huber-Burnand(1829)记录，之后又得到了多位研究者的发展。
其定量关系可以表示为：
式中的m，ρ，D，dp，θ，β 分别代表质量流量、密度、出口口径、颗粒粒径、出口处壁面角度和用于表示颗粒内部摩擦性质的摩擦角。这一独特的流动特性使得颗粒在流动控制方面产生了局部影响的独特性质。在一定区域的颗粒质量流量主要由这一特定区域的出口阀门决定。在后面的装置实例中将会具体展示这一特性的作用。
粗糙颗粒对于壁面的法向压力随着深度的增加达到一个极值的性质最早是由 Roberts 在对谷仓的研究中发现的。Janssen 进一步在实验研究的基础上给出了这一现象的物理解释，因此这一现象一般称为 Janssen 或者谷仓效应。这样的性质使得即使大型的颗粒的储存装置也不需要为了防止侧向挤压造成的溃塌而进行专门加强。在散裂靶这样需要采用高密度金属的场合，在容器底部直接接触液态金属的容器壁，则不仅需要面对高密度液体的巨大流体液压，还要面临这样环境中的材料损伤问题。而以颗粒体系作为靶材料则一定程度上避免了高容器底部由于这一作用导致的损坏风险。
除了上面受到较多研究的主要特性，颗粒系统还有更多的独特特性，这些特性都是与颗粒间相互作用的摩擦、损耗等效应分不开的。其中的阻塞、膨胀与流变性质能够使得颗粒的管道流动系统在遭受外力时保持原有流道空间而不至垮塌；耗散性质使得扰动无法在系统中长距离传播，这些性质都是不可压缩牛顿流体所不具备的而对于体系设计有益的重要性质。
针对颗粒独特的流动特性带来的与流体靶不同的性能和效果，将在第五章集中展开讨论。
