针对集成膜法海水软化装置去除海水中5μm以上固体悬浮物的要求,本研究提出以内构件实现导流、整流并强化旋转,开发出了内置螺旋导流板和曲线长锥体的α-Pa型旋流器。本文所做主要研究工作如下:首先,以CFD模拟软件Fluent6.2提供的雷诺应力模型(RSM)为基础,分析了α-Pa型旋流器中速度矢量、切向速度、轴向速度、静压、动压等参数的分布规律,研究了水力旋流器内溢流管、螺旋导流板和曲线长锥体结构对其分离性能的影响。利用相间耦合的随机轨道模型对α-Pa型旋流器内的颗粒运动行为进行模拟,预测了不同粒径颗粒的运动轨迹,通过对颗粒运动轨迹的分析,寻找颗粒相运动行为和流场之间的相互影响规律。模拟结果表明:将溢流管由直圆管改为渐扩管后,使得溢流出口流体的动能转化为静压能,从而降低能耗;α-Pa型旋流器以其内构件——螺旋导流板实现了对流体的导流和整流,抑制流体湍动,有效地消除了“砂环”影响;曲线长锥体结构延长了流体在旋流器内的流动时间,有利于细颗粒的分离。其次,依据模拟优化结果,加工了相同尺寸的常规旋流器和α-Pa型旋流器,以水-细砂为实验物系对两旋流器的分离性能开展了室内性能测试对比实验。实验结果表明:与常规旋流器相比,α-Pa型旋流器以内构件对流体进行导流和整流后,不仅流场稳定,而且压降低、能耗小。在相同操作条件下,α-Pa型旋流器对于小粒径颗粒的分级效率优于常规旋流器;对于5μm粒径的颗粒其分离效率达到90%;当分流比为0.87时,其分割粒径d50为1.3μm。以海水为实验物系对α-Pa型旋流器的分离性能做了现场性能测试实验,结果表明:当海水浊度小于4NTU时,经旋流处理后海水浊度变化较小;当海水浊度大于4NTU时,经旋流处理后海水浊度变化显著。α-Pa型旋流器对细颗粒的分离效率较高,其分离性能达到了超滤前海水软化装置对海水分离粒度及效率的要求。最后,根据平衡轨道理论,本文建立了α-Pa型旋流器中d50求解的数学模型。计算结果表明:实验测试所得的分割粒径d50和数学模型计算所得到的分割粒径d50基本吻合。