旋风分离器是一种非常重要的气固分离设备,具有结构简单、制造安装费用低、操作维护简便等优点,被普遍应用于石油、化工、轻纺、环保等工业部门。近年来随着其性能和技术的不断提高,旋风分离器又被应用于其他需精密分离行业,如食品和生物医药分离等。尽管旋风分离器结构相对简单,然而其内部气流属于高速旋转气流,气固间相互作用剧烈,气流和颗粒的运动十分复杂,因此其内部颗粒的分离机理和能量耗散机理目前尚不明确。诸多学者围绕着旋风分离器性能的主要两个指标：分离效率和压降,从气固两相流动以及颗粒受力等微观层面展开了进一步深入的研究。本文拟采用数值计算方法对旋风分离器内颗粒的受力进行分析,以期从微观角度通过颗粒受力解释其分离机理,为下一步优化设计提供理论基础。此外,本文设计了一种新的减阻装置—减阻叶片,希望从涡结构出发,利用减阻叶片破坏分离器内中心强制涡的流动,在保证分离效率的前提下降低能量的耗散。首先,本文利用计算流体力学方法对旋风分离器内部气相流场进行了数值模拟。分析了所有的湍流模型、离散化方式和压力插值方式对旋风分离器内部计算流场的影响,并将所得数值结果与已知的实验数据进行了对比。结果显示雷诺应力模型(Low-Re Stress-Omega). SIMPLEC算法、Second order upwind离散化方式和PRESTO插值方法能够最好的描述分离器内部的气相流场。同时,通过验证得出,利用拉格朗日模型(LPT)可以较为准确的对颗粒的运动进行追踪。其次,本文在分离效率曲线上取了五个特征点,通过单颗粒的随机运动轨迹和受力分析以及多颗粒分布规律的统计特性得出：旋风分离器内颗粒的运动形态主要受气体曳力的作用,其它力可忽略不计。在径向方向,向内的曳力与向外的离心力共同控制着颗粒的运动：对大粒径颗粒,离心力的作用明显优于曳力,故所有的颗粒均被收集。对中间粒径的颗粒,由于颗粒粒径的减小,离心力的变化很小,而曳力的作用增大,离心力与曳力的数量差变小,其值可能会小于气体湍流作用在某些区域所引起曳力变化值,因此颗粒的最终走向会由气体的湍流在局部所引起的曳力变化情况所决定。当颗粒粒径小于一个很小的值时,曳力骤然增大且明显大于离心力,故其运动完全依附于气体的运动。最后,根据旋风分离器内涡的结构,提出了一种新的减阻装置—减阻叶片,通过实验研究和模拟验证得出,对于直径为200mm的Lapple型旋风分离器,当减阻叶片长度为l00mm(与排气管管径一致)时,分离效率相比未加减阻叶片时会降低0.63%,而压降则可降低36.1%。同时,通过流场的分析得出：在旋风分离器内外旋流决定颗粒的分离,内部能量的耗散主要由旋转气流间的相互摩擦造成。本文通过以上内容的研究,为将来旋风分离器的优化设计提供了一定的理论依据。