本文针对核燃料组件生产制造过程中UO₂粉末产生逸散、回收的特点和要求,在CFD优化的基础上设计一种高效的复合分离装置（外筒为第一级分离系统,并联小型旋风分离器为第二级分离系统）对UO₂粉末进行物料回收利用,并对复合分离器进行数值仿真研究,为提髙复合分离器的工作性能提供理论和数据支持。具体研究内容如下:（1）采用非稳态RSM湍流模型对螺旋面单入口、螺旋面双入口（90°、120°、150°、180°）5种单管分离器进行气固两相的数值模拟。并探究不同入口旋转角对螺旋面双入口旋风分离器的影响。（2）采用CFD和响应曲面法相结合的方式对小型旋风分离器的压降和分割粒径进行多目标优化。建立旋风分离器的分割粒径及压降预测模型,并分析影响旋风分离器性能的主要、次要、无影响因数,得到的优化模型相比于Stairmand基准模型,欧拉数降低58%,分割粒径降低41%。（3）采用solidworks以不同的并联布置方式完成两种复合分离器的设计建模,利用数值模拟的方法对复合分离器的进气室、集尘室、集气室的气相流场进行全面系统的分析,讨论不同并联布置方式对复合分离器的单管进气均匀性、压降、分离效率及集尘室、集气室流场的影响,给出了复合分离器内粒子的运动规律,最后分析了导致颗粒物“窜流返混”现象发生的直接原因。