熔盐堆在运行过程中会产生中子毒物氙和氪,随燃料盐在反应堆中循环,对反应堆的反应性稳定产生不利影响。所以,为保证反应堆的安全运行和中子利用率,熔盐堆在运行过程中必须能够对其产生的裂变气体进行不间断去除。研究表明,美国橡树岭国家实验室ORNL提出的分离器设计结构简单、除气率高。但由于设计的细节和关键参数都没有公开发表,因此,本文的研究目的是通过实验研究和数值模拟的方法,给出分离器内部的流场结构与压力分布和气泡运动规律,以明晰分离器中气柱的形成原理,为我国熔盐堆研究提供基础数据和设计参考。本文首先建立导叶式分离器的三维流体域几何模型,然后通过CFD软件Fluent和CFX对分离器内的两相分离过程进行模拟,通过网格无关性验证确定最佳的计算网格数量,通过与实验现象和实验数据的对比,确定最佳的湍流模型和多相流模型。在确定计算方法后,通过模拟气柱的形成过程,计算涡流场的分布和气泡的受力情况,并据此得出气相的运动轨迹和气泡的聚合情况,从机理上对分离器实现除气的工作原理给出合理的解释。在此基础上,模拟不同流量、不同空泡份额、不同出口压力、不同气泡尺寸和不同除气区长度等工况下分离器内两相的流动情况,找到影响除气率的主要因素,并据此对分离器导涡叶轮的叶片数量、叶片长度、叶片出口角度、叶片后缘线线型和轮毂外形等关键几何参数作优化对比分析,确定最佳的分离器导涡叶轮结构和尺寸。最后对比分离器对不同粘度和密度的气液工质的分离效果,得出连续相物性参数对除气率的影响,并以熔盐堆中液态熔盐及裂变气体的实际参数计算,验证此导叶式气泡分离器在熔盐堆中的实际效果,也为气水实验的可靠性提供依据。计算结果表明,只有采用雷诺应力模型或更高阶的湍流模型才能很好的模拟分离器内的流场分布;分离器中的气泡受到的向心力大于离心力且能满足碰撞聚合条件,从而在分离器中心形成了稳定的气柱;流量、气泡尺寸、叶轮结构参数、分离器长度和工质物性参数等因素对除气率影响较大。