旋流分离方法以其操作简单、运行安全、成本合理、不会产生新的污染等独特的优越性在船舶压载水的处理中具有光明的应用前景。为此,本文针对船舶压载水应用旋流分离处理进行了理论分析和研究。主要内容包括: 在涡运动理论的基础上,考虑流体的粘性效应,从流体动力学基本方程出发,分析推导了旋流分离器内流体的切向速度和切向应力的分布表达式,定性讨论了旋流分离器外壁的转动对切向速度和切向应力的影响。旋流分离器外壁的转动,不仅使旋流分离器内流体质点的切向速度增加,而且还使切向应力减小,这对旋流分离器分离效率的提高都是非常有利的。 针对湍流流场数值计算中湍流模型的选用,本文提出了综合考虑模型的适用性、模型的精确性、模型的经济性、模型的繁杂程度以及所选用的数值计算方法等因素的湍流模型可用性指数的判断方法,为湍流模型的选择提供了一种量化的判别依据。 本文提出了有限分析一等参元数值计算方法,它不仅继承了有限分析法和等参单元法的全部优点,同时也克服了有限分析法不适用于复杂边界区域、等参单元法的插值函数与微分方程(局部解析解)无关等缺点,因而在高精度的前提下具有更广泛的适用性。 本文提出了采用有限分析法来进行流场的网格自动剖分,它不仅远比已有的网格自动剖分方法简单,而且精度高、坐标疏密控制极为容易,同时也将目前的网格剖分的方法规格化。 本文采用各向异性κ-ε湍流模型、有限分析-等参元法、多重网格技术对单相旋流流场进行了数值模拟,并与相关文献资料中的实验测试数据进行了对比验证,既证实了各向异性κ-ε湍流模型可以很好地模拟旋流流场,能正确地反映出这种强旋湍流的运动特征,也证明了对不规则边界流场采用有限分析-等参元法是准确有效的。在单相旋流流场数值模拟的基础上,对单相旋流流场进行了分析,讨论了壁面转动、入口流量和流量比对分离效率和压强降的影响。 本文对湍流两相流模型的确定轨道模型进行了修正,提出了适用于各向异性湍流流场的颗粒轨道模型,同时还提出了采用网格单元为控制体,通过对控制体