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本文针对煤层气高效除尘需求,根据现场实际工况,综合对比分析了现有的除尘技术,借鉴了近年来旋风分离研究的相关成果,通过对传统静态旋风分离器结构的改进,设计开发了一种循环回流型动态旋风分离器。该新型动态旋风分离器包含主动旋转部件,通过旋转叶轮的加速转动带动气体旋转,在内外两层旋流过程中脱除颗粒,完成两级分离,并最终排出净气。一级分离过程脱除颗粒直接排至灰仓,而二级分离过程所脱除的颗粒通过外置回流管引回至灰仓,完成整个分离过程。两级的分离过程保证了短路流等静态旋风分离器存在的弊病被彻底排除,提高了设备的处理效率。本文用三维建模软件Pro/E建立了相应数值模拟模型,并用Gambit软件将其离散化,采用CFD方法,通过在Fluent软件中将RNG k-ε双方程模型、MRF多重参考系模型和DPM离散相模型相结合的方式,分别模拟计算了分离器中连续相流场的分布和离散相颗粒的运动。通过分别改变设备模型的结构参数如中心旋转转筒结构、旋转叶轮结构、分离器筒体锥段角度和操作参数如处理量、叶轮转速来探究它们对分离器性能的影响,并对分离器的结构进行了优化。本文加工了实验样机并搭建了实验平台,通过在实验中改变设备的相应结构参数和操作参数来模拟不同工况下实验设备的运行,并与数值模拟的相关结论进行对比分析,验证了新型动态旋风分离器的性能。经过数值模拟和实验研究可以得出：循环回流型动态旋风分离器通过两级分离,回流排尘等措施,能够有效去除5μm以上颗粒,综合效率达95%以上,对10μm以上颗粒,效率接近100%。该型动态旋风分离器压降随处理量和叶轮转速的增加而增大,随锥段角度减小而略有减小,且直筒型中心旋转转筒设备压降高于渐扩型,后弯叶片型旋转叶轮设备压降高于后斜叶片型高于直叶片型。综合数值模拟和实验验证的结果表明：循环回流型动态旋风分离器基本满足煤层气除尘高效、低阻、抗波动的设计要求。