在竖直振动与逆重力气流作用下,颗粒物质会形成对流运动。在颗粒对流运动过程中,不同种类颗粒会发生混合或分离行为,影响能源、冶金、材料及化工等工农业领域的生产加工过程。振动与气流可以引起颗粒分布状态在混合与分离之间相互转变。通过实验系统地研究了竖直振动与逆重力气流共同作用下,单/双组分颗粒系统的颗粒对流运动与双组分颗粒系统的颗粒分布与分离特性,获得了单/双组分颗粒的颗粒对流相图和双组分颗粒的颗粒分布相图,获得了颗粒对流模式、颗粒分布模式与颗粒分离程度的调控方法与条件。单独增大振动加速度(I’=2～7)、单独增大气流速度(u=0.00～1.82 m/s)或单独减小振动频率(f=15～45 Hz),颗粒对流模式倾向由双对流环对流逐渐转变为单对流环对流;单独减小振动频率f或增大振动加速度I’有利于使巴西果分离逐渐转变为混合分布,期间伴随着水平分离的出现与消失。单独增大气流速度(u=0.00～1.82 m/s)会导致颗粒系统由巴西果分离逐渐转变为反巴西果分离,期间伴随着混合分布及水平分离的出现与消失。通过系统研究颗粒对流与分聚行为,揭示了颗粒对流导致颗粒分离的机理,阐述了颗粒重新分布并形成特定分布模式的具体过程及规律:颗粒分聚行为(混合或分离)主要取决于颗粒对流运动的剧烈程度,即颗粒系统的颗粒对流强度;颗粒系统整体的分布模式主要取决于大小颗粒对流区域在空间上的相对分布位置及对流区域内颗粒的对流运动模式,即颗粒系统的颗粒对流模式。外部激励与颗粒物性参数对颗粒分布/分离状态的影响规律十分复杂。通过分析外部激励与颗粒物性的影响,获得了在竖直振动与逆重力气流共同作用下双组分颗粒分离与混合的判据:(1)外部激励对颗粒系统的颗粒分聚行为的影响。基于基本动力学理论,提出了大小颗粒的颗粒加速度差τe的计算模型,用于衡量外部激励对颗粒分聚行为的影响。振动与气流共同作用下,低气流速度u时,振动作用占主导地位,导致颗粒加速度差τe>0,意味着大颗粒倾向相对于小颗粒向上运动,形成巴西果分离;高气流速度u时,气流作用占主导地位,导致颗粒加速度差τe<0,意味着小颗粒倾向相对于大颗粒向上运动,形成反巴西果分离。(2)颗粒系统本身对外部激励的分离响应程度。基于基本动力学理论与颗粒渗透/填充机制,提出了分离响应系数ξ的计算模型,用于评估颗粒系统本身对外部激励的分离响应程度。分离响应系数ξ<1的颗粒系统为强分离体系,在外部激励作用下易形成颗粒分离程度较强的颗粒分离;分离响应系数ξ≤1的颗粒系统为弱分离体系,在外部激励作用下易发生颗粒混合。提高大小颗粒粒径比φd与密度比φρ,或降低总质量比φM,会减小分离响应系数ξ,增强颗粒系统对外部激励的分离响应程度。