远洋船舶压载水吸、排引起的环境问题,特别是微生物无规则迁徙导致有害水生物和病原体侵害,其对海洋环境所造成的危害已被世界环保基金(GEF)认定为海洋面临的四大威胁之一。国际海事组织(IMO)大会通过了关于进行压载水处理的决议,并于2009年实施。近年来,针对压载水净化的研究备受关注,提出了多种处理方案。无论采取何种微生物灭活方式,都需要首先去除海水中的颗粒物。压载水中含有重质颗粒(密度较海水大的颗粒,如泥沙等)以及轻质颗粒(密度较海水小的颗粒,如一些海洋微生物,包括海藻等)。以往的旋分器设计只是针对分离重质颗粒。为适应远洋船舶压载水处理的需要,本课题组提出了一种新型的广谱密度颗粒分离器(既可分离重质颗粒也可分离轻质颗粒)。在旋转流场的作用下,重质颗粒向广谱密度颗粒分离器的器壁运动并随下旋流从底流口排出,轻质颗粒一部分向广谱密度颗粒分离器中心汇聚,并随上行流由顶端排轻口排出,另一部分则在二次流的作用下积聚在楔形集轻室由侧面排轻口排出。与传统旋分器相比,广谱密度颗粒分离器在排轻部分独特结构设计、顶部涡壳设计及减阻杆设计三方面进行了创新,并展开了细致研究。首先,在国内外文献调研的基础上,依据旋转流场基本理论设计出广谱密度颗粒分离器的雏形。通过实验方法研究其分离性能及减阻杆安装前后的阻力特性。即对不同的入口流量、底流分流比、排轻口流量、减阻杆直径及颗粒密度的工况进行实验研究,获取广谱密度颗粒分离器的分离效率及阻力数据。探索影响其性能的主要因素并据此对其进行结构优化,以提出可应用于实船安装并高效处理压载水的广谱密度颗粒分离器结构形式及尺寸。在实验研究的同时,对影响旋分器能耗及其分离性能的因素进行理论推导及分析,得出了强制涡核区的时均涡量及脉动涡量是能耗的主要因素、分离器的能耗的降低是由于减阻杆下游产生脱落涡使得中心强制涡核区的旋转强度降低、分离效率的相应降低是由于减阻杆减阻幅度增大时明显减小了切向速度等重要结论。