旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力,将粉尘从气流中分离出来的一种干式气固分离装置。由于它结构简单、无运动部件、制造安装投资较少、操作维护简便、性能稳定、受含尘气体的浓度和温度影响较少、压损中等、动力消耗不大,所以广泛用于工业除尘、空气采样、选粉、热交换等方面。但由于旋风除尘器存在对微细颗粒(10微米以下)捕集效率低的缺陷,其运用受到很大程度的限制。所以采取必要的措施对其减阻增效成为刻不容缓的问题。由于旋风分离器中的含尘气流属于三维强旋转湍流,伴随着两相分离运动,而且涉及到气固两相相互作用以及碰撞、凝聚和静电等许多复杂物理现象,使得理论研究非常困难。而且由于实验条件的限制,单纯通过实验来优化旋风分离器的性能不仅周期长而且费用高。本文利用CFD商业软件FLUENT对旋风分离器进行了数值模拟。通过与特定结构的实验结果对照,在选择了合适的数值模拟方法后,模拟研究了多种情况下的气相速度场、压力场、颗粒运动轨迹、颗粒分级效率、旋风分离器总分离效率等参数。并采用旋流与拦截机理融合设计了一种整体式旋风过滤除尘器,通过大量的数值模拟研究,主要得到了以下结论:1)通过研究选择了一套最适合旋风分离器内部气相流场的数值计算方法:湍流模型采用雷诺应力模型;差分格式采用QUICK格式;压力梯度项插补格式采用PRESTO格式;计算方法采用SIMPLEC算法。2)旋风分离器内的气相主流是双层旋转流,外部是回转向下的外旋转流,而中心是向上旋转的内旋流,且两者的旋转方向相同。切向速度分布呈现了组合涡的特点,中心区域为强制涡,外部区域为准自由涡。3)旋风分离器内静压在径向上随着半径的增大而升高;动压在强制涡和准自由涡的分界面处最大。分离器总压降包括静压降和动压降两部分。模拟与实验所得的静压降结果较吻合。4)旋风分离器中的颗粒运动很复杂,采用DPM模型跟踪其轨迹,总的来说,从入口外侧和下方入射的颗粒分别较从内侧和上方入射的颗粒更容易分离。在旋风分离器的分离空间,在径向方向上可分为中间的低浓度区和近壁处的高浓度区;旋风分离器外壁的颗粒浓度呈螺旋带状分布;在环形空间和灰斗的顶板下方存在顶灰环,且顶灰环不均匀;在升气管的下方有短路流,在分离空间下部排尘口附近有明显的颗粒返混,排尘口上方的强旋流动对颗粒有显著的二次分离作用。采用Rosin-Rammler分布拟合,可以模拟出颗粒相具有不同粒径颗粒时的分离总效率。对大于5微米的颗粒模拟与实验所得的总分离效率结果较吻合。5)旋风分离器的压降及分离效率随着入口速度的增大、排气管直径的减小而增大;不同的入口形式对其性能也有影响,蜗壳式入口性能比切向稍好,不同角度的蜗壳入口性能需进一步研究。6)对设计的整体式旋风过滤除尘器进行模拟与实验,滤布采用多孔介质模型,与普通旋风除尘器相比,总效率至少提高10%,可达95%以上;对5微米的粒子,分级效率可提高20%;入口风速小于25m/s时,其压损增加不超过28%。提高了旋风除尘器对微细颗粒的捕集能力,为旋风除尘器减阻增效提供了新的途径。