水力旋流器是一种利用离心沉降原理将具有一定密度差或粒度差的两相或多相混合物进行分离或分级的设备,由于其具有结构简单、无运动部件等诸多优点被广泛应用在了各个工业领域。传统的固-液分离水力旋流器在分离大颗粒时具有较好的分离效果,但对于微细物料分离的研究仍处于探索阶段,因此,亟需加强微细物料在小直径水力旋流器中分离性能的研究。另外,水力旋流器分离效率的提高往往伴随着能量损失的增大,过低的分离效率或过高的能耗都会导致其失去工业应用价值。因此,研究设计出更为优化的结构以提高小直径水力旋流器对微细颗粒的分离性能,已成为现阶段水力旋流器应用研究领域亟待解决的问题。本文以柱段直径为50 mm的小直径水力旋流器为研究对象,对棕刚玉和水的混合液进行分离,针对水力旋流器入口气体夹带、锥体结构以及溢流管结构对水力旋流器固-液分离性能的影响开展了实验研究。研究内容包括:（1）实验研究了气体夹带对水力旋流器固-液分离性能的影响,考察了入口通气量大小对水力旋流器的分流比、分离效率及压降的影响。研究结果表明:在不控制分流比的情况下,水力旋流器的分流比随着入口液速的增大而逐渐减小;随着气体流量的增大,分流比呈现略微增大的趋势;在水力旋流器的入口管路中注入气体后,通气量由3 L·min^-1增大到15 L·min^-1的过程中,水力旋流器的分离效率略微下降;入口通气量一定时,水力旋流器的压降随着入口液速的增大而增大,在入口液速固定后,通气量的大小并不会对水力旋流器的压降产生显著影响。（2）实验研究了双锥结构与传统单锥结构水力旋流器的分离性能,并在此研究基础上进行了溢流管的插入深度和直径对水力旋流器分离性能影响的实验研究。研究结果表明:传统的单锥结构水力旋流器与双锥结构水力旋流器相比,分离性能更优;溢流管直径与插入深度相比,对水力旋流器分离性能的影响更大,且经过实验数据对比发现,溢流管插入深度与柱段直径的比值h/D=0.86、溢流管的直径与柱段直径的比值do/D=0.30时水力旋流器具有最好的分离性能。（3）研究了锥体开缝长度、位置、数量以及开缝型式对水力旋流器分离性能的影响。结果表明:锥体开缝会使水力旋流器的压降大幅降低;开缝长度由10 mm增大到50 mm的过程中,分离效率呈现先增大后减小的趋势,开缝长度为20 mm时最佳;第二条缝隙的开缝位置在由锥体底部向上移动的过程中,分离效率也呈现出先增大后减小的趋势,距底部缝隙80 mm时分离效率最高;保持出口截面积不变,在底部开6 mm长的缝隙,另外在最佳开缝位置处开一条长缝隙时的分离效率最高,且与底部缝隙呈反方向分布是最优的开缝型式,与常规水力旋流器对比,在高流量下其分离效率仅降低了1.48%,但压降降低可达36.84%,节能效果显著,具有重要的应用价值。