涡流空气分级机作为粉体分级技术中的关键设备之一,因其结构简单、易操作维修和产品粒度可调等优点在粉体制备领域备受青睐。随新产业新技术的快速发展,各行业对粒径小且粒度分布窄的超细粉体材料需求不断扩增,因此对涡流空气分级机分级性能的提升至关重要。本文以卧轮式分级机为研究对象,通过数值模拟技术、理论分析和物料分级试验相结合的方法对分级机内流场特性进行分析,改进涡流空气分级机的关键部件,并对选定范围内的操作参数进行优化,以达到使分级机的内流场稳定均布、分级性能提升的目的。主要内容包括:（1）针对涡流空气分级机内流场特性及颗粒运动,采用Fluent对其连续相和离散相进行模拟,确定了相关数值模拟计算方法。合理构建卧轮式分级机的几何模型,并将其划分为四个区域（分级室区、中筒体区、导流区和下锥体区）;采用六面体网格对卧轮式分级机模型进行划分,并完成分级机网格模型的质量检测及无关性验证;用于连续相的计算模型被选定为RNG k-ε双方程湍流模型,颗粒运动轨迹模拟采用离散型模型（DPM）中的非耦合计算。（2）通过数值模拟和物料分级实验相结合的方法对三种工况下（进风口风速为18m/s,转笼转速分别为3 000 r/min、6 000 r/min、12 000 r/min）的分级机内流场特性进行了研究。数值模拟结果表明:分级机分级室内的水平旋涡气流偏向及双层流动方向与进口方位和工况有关,且其会影响分级机内流场的“双漩涡”结构分布;内旋涡的形成及涡核分布受水平旋涡约束,涡核的小幅度摆动有利于颗粒的分散分级;不同轴向高度上各截面涡核中心的偏心距不同,其具有一定的波动性;所模拟三种工况下的分级机内流场分布均不合理。实验结果表明:三种工况下分级机内流场的稳定均布差异性较大,会造成“双旋涡”分布变化,进而影响分级精度。随转笼转速增加,切割粒径平均减少28.85μm,粗粉产率平均提高33%,而分级精度平均降低10.5%。实验结果与数值模拟结果吻合,但所选定的三种工况欠佳,需进一步的调整。（3）通过数值模拟和叶型设计理论方法对选定工况下的转笼叶片流道内流场特性和转笼进口气流速度进行了分析,完成了“T”型叶片结构的相关设计。根据转笼叶片流道气流的相对速度分布公式、转笼进口速度三角形和数值模拟仿真结果,确定了“T”型叶片安装角;通过对比分析四种不同“T”型叶片转笼结构下的流场分布特性及颗粒运动轨迹,确定了最优“T”型叶片结构,并完成了二次优化。模拟结果表明:T75结构的叶片流道流场更为稳定均布,能减少气流及颗粒对分级叶片的冲击,且分级性能更好;所模拟的分级粒径相较于T0结构减小了24.4%,分级精度相较于T0结构提高了31.6%。优化后T75-C结构的叶片流道进口通流截面面积相对增大,对部分细小颗粒的输送能力得到加强;所模拟的分级粒径较T75结构降低了8.7%,分级精度提高了10.2%。（4）采用单一变量法、响应面优化法和物料分级实验,探讨了操作参数（转笼转速、进口风速、进料速度）各单因素及其间的交互作用对涡流空气分级机分级性能的影响,并对选定范围内的操作参数进行了优化。得到以下结论:分级机分级性能的高低与操作参数有关,操作参数各单因素分别与分级粒径、分级精度间呈非线性关系,其对分级粒径、分级精度影响的大小顺序均为:转笼转速>进口风速>进料速度。转笼转速、进口风速和进料速度之间存在不同程度的交互作用,转笼转速、进口风速间的交互作用对分级粒径的影响显著,转笼转速、进口风速间和转笼转速和进料速度间的交互作用相对较强,对分级精度的影响较显著。响应曲面法优化所得最优操作参数为:转笼转速7463.1r/min、进口风速15.4m/s、进料速度为16.7kg/h;该条件下分级机的分级粒径和分级精度的预测值分别为15.3μm和52.4%;对由响应面优化法所得最优操作参数进行实际取值与试验验证,分级粒径、分级精度分别与其预测值的平均误差率分别为3.7%和2.8%。