气固流化床广泛应用于颗粒分离、化学反应和能源转化领域，其中气固分离流化床（空气重介流化床，ADMFB）专用于干法选煤，依赖稳定的密度分层实现煤与矸石分离。气泡动力学直接影响流化状态、颗粒混合及分离效率，而布风板作为关键结构部件，其孔径、间距、开孔率等参数显著调控床层流体力学行为。传统布风板设计常导致死区形成、气泡分布不均及横向迁移受限等问题，尤其双孔布风板在孔间及壁面附近产生明显死区，严重降低分离性能。尽管非均匀布风结构在改善流化均匀性方面已有探索，但其对气泡演化机制及死区抑制的作用机理尚未系统阐明。武汉工程大学付艳红课题组采用高速成像结合深度学习语义分割方法（DeepLab V3+架构），对比分析四种布风板配置（D1双孔板、D2均匀板、D3和D4非均匀板）在不同流化数（N=1.2–2.7）下的气泡生成、轨迹、尺寸演化及形态特征。相关成果发表于化工领域权威期刊《Chemical Engineering Research and Design》。

实验以150–300 μm磁铁矿粉为流化介质，在300 mm×5 mm×600 mm的准二维流化床中进行。研究重点考察了双孔布风板死区的形成机制与气体速度的影响；非均匀布风板（中心2 mm大孔+边缘80 μm或1 mm小孔）对气泡横向运动、聚并-破碎平衡及死区消除的作用；初始气泡尺寸与位置对后续轨迹的控制作用。

研究表明，双孔布风板导致孔间及壁面死区，气泡几乎垂直上升，横向迁移受限，增加气速仅能部分减小死区面积（N=1.7时降至46.2 cm²），无法根本消除。非均匀布风板通过中心大孔产生强尾流结构，驱动边缘小气泡横向迁移，显著增强气固横向混合并提高气泡破碎概率。D3配置（80 μm边缘孔）产生更强横向扰动，小气泡受尾流作用方向波动性大；D4配置（1 mm边缘孔）则形成较明显的中心优先上升路径。适度气速促进气泡横向分散，但过高气速加剧轴向聚并，抑制小气泡横向运动并生成大气泡破坏床层稳定性。初始气泡尺寸与形成位置是决定后续轨迹的关键因素——中心大孔生成的大气泡尾流可横向卷吸边缘小气泡，而微孔产生的小气泡因受力不均更易破碎。该研究为干法选煤流化床布风板优化设计提供了理论依据，证实"中心大孔+边缘小孔"的非均匀构型能有效调控气泡分布、抑制死区并提升分离效率。

图文导读：

图1. 实验装置示意图。1. 罗茨鼓风机 2. 储气罐 3. 阀门 4. 流量计 5. 风室 6. 流化床柱体 7. 高速动态摄像机 8. 计算机。

图2. 布风板设计示意图。

图3. 基于深度学习的气泡识别方法示意图。

图4. 不同方法的气泡分割结果。

图5. 1 mm双孔布风板的气泡图像（△t = 0.017 s）。

图6. 双孔板在N = 1.2时的气泡运动路径与死区。

图7. 死区附近气泡特征（N = 1.2）。

图8. 不同气速下气泡尺寸、位置及死区变化示意图（D1）。

图9. N = 1.4时不同布风板的气泡形状因子。

图10. D3布风板在N = 2.2时的气泡运动轨迹。

图11. D3在不同时间间隔的无量纲气泡尺寸与气泡横向运动速度（N = 2.2）。

图12. D3布风板在N = 2.7时的气泡运动轨迹。

图13. D3在不同时间间隔的无量纲气泡尺寸与气泡横向运动速度（N = 2.7）。

图14. D4布风板在N = 2.2时的气泡运动轨迹。

图15. D4在不同时间间隔的无量纲气泡尺寸与气泡横向运动速度（N = 2.2）。

图16. D4布风板在N = 2.7时的气泡运动轨迹。

图17. D4在不同时间间隔的无量纲气泡尺寸与气泡横向运动速度（N = 2.7）。

图18. 不同参数布风板处的气泡尺寸与运动方向。