气-液旋流分离器具备分离效率高、设备体积小、适合长周期运转等诸多优点,迄今己在矿物加工、石油、环保等诸多工业领域中得到广泛应用。气-液旋流分离器内部流场复杂,各个分支结构之间的尺寸配合非常紧密,有着相互协助制约的关系,所以对于气-液旋流分离器性能的分析如果从单个结构因素着手,获得的结果并不全面。而现今对于诸多结构尺寸多因素协同作用时对分离器的影响鲜有报道,所以本文主要针对排气管直径、排气管插入深度、排气管偏置角度、排气管偏置距离和底流口防返混锥锥形底面积比例5个结构因素进行优化研究。设计正交试验,试验采用5因素4水平的正交表进行,建立16组有代表性的水平组合模型,利用Fluent软件对所有模型进行数值模拟,模拟过程中气相和液相的模拟分别采用RSM模型和DPM模型。对每组模型进行液相模拟,可由排气口液滴逃逸粒径分布的百分比判定气-液旋流分离器分离性能的好坏。对16组正交试验用极差法找出各因素优水平组合以及各因素对分离效率和压降的主次影响顺序,其中排气管直径对压降影响最大,底部防返混锥底面积比例对分离效率影响最大,排气管插入深度对两个指标影响都最小。然后通过综合平衡法找到最优组合,即排气管直径为0.3D,排气管插入深度为1.4a,排气管偏置距离为8mm,排气管偏置角度为270°,锥形底面积比例为60%。最后分析了优选结构下液滴粒径和入口速度对压降和分离效率的影响,改变液滴粒径,通过模拟计算可知优选结构适用于任何粒径液滴,对较大粒径液滴可以达到完全分离。入口速度对分离效率有显著影响,入口速度越大,旋流分离器内压降越大,分离器能耗变大,效率变低,入口速度过小,气液分离不完整,分离效率降低。