涡流反应器是一种利用水力混合进行水处理的设备，其混合效果的好坏直接影响着水处理的效果。涡流反应器的优点主要是无需机械设备，节省动力费用，但缺点是混合效果差于机械混合。本文通过数值模拟对涡流式混合反应器的结构进行优化，并对其内部流场进行分析，使得反应器内部产生水力回流，以强化涡流反应器的混合效果。采用区域网格划分方法、利用结构化网格和非结构化网格相结合对反应器进行网格划分。因流动过程为紊态，求解模型采用标准k模型，方程离散采用一阶迎风格式，流动过程采用离散相模型。控制参数的求解选用SIMPLEC算法，其他的保持默认数值和选项；代数方程的求解采用Guss-Seidle迭代法；通过建立常微分方程实现颗粒相的控制，并采用Gill算法。研究成果如下：（1）确定了反应器的结构和几何参数。反应器设计时主要采用了文献[27]中关于铁水混合反应的反应器，将其应用于水处理中，并通过模拟确定反应器径高比。模拟结果表明水流切向进入反应器后，与中心进入反应器的药物一起边旋转边向下流动，并且在喉口下端形成了近壁回流区，使得反应器的水力停留时间加长，提高了混合效率，减少了药物的投加量。反应器最佳几何参数是：d₂/d₁=（0.03～0.07）；d₂/d₃=0.13～0.2；d₄>20mm；d₅<100mm；h₁=（0.2～0.3）d₁；h₂=（0.33～0.5）d₁；h₃=（0.2～0.5）d₃；h₄=（3～4）d₃。其中第一柱体直径为d₁，喉口直径为d₂，第二柱体直径为d₃，进水口直径为d₄，加药口直径为d₅，第一柱体高度为h₁，收缩椎体高度为h₂，扩张椎体高度为h₃，第二柱体高度为h₄。（2）确定了不同反应器容积时的边界流速。当反应器有效容积为12.3L时，最低入水速度为0.07m/s，最大入水速度为1.5m/s。当反应器大小为12.3m3和41.5m3时，也可得到良好的混合效果，证明该反应器改变体积后，可以处理不同的水量，但进水口直径不宜大于300mm。（3）探讨了该反应器用于实际工程的可行性。计算了当反应器有效容积为41.5m3时，钢筋混凝土材质和钢板材质的反应器的成本，计算得知钢筋混凝土材质制作成本为16.48万元，钢板材质制作成本为3.6万元。钢板材质的反应器制作费用比钢筋混凝土材质更经济，而且安装拆卸方便，但是钢板材质的反应器容易生锈，因此需做防锈处理或定期清洁。对该反应器进行了工程概预算结果表明，水处理费用为0.92元/d，比一般水处理费用1.2元/d低，节省了处理成本和能源。该反应器可广泛应用在不同领域，包括有实验室废水处理、饮用水处理、工业水处理、再生回用水处理、小型城镇水处理、化工领域等所有涉及固液混合和液液混合的场合。相比于现有的絮凝池和机械搅拌澄清池，该反应器其优点主要是：无搅拌设备、反应器内部产生水力回流、混合时间短、药物投加量少、混合效果好。