针对水力旋流器分级过程中存在的溢流跑粗和底流夹细两个问题,本论文主要进行了以下三方面的工作：首先,进行了不同结构水力旋流器分级性能的试验和水力旋流器溢流产品再分级试验；其次,构建了用于描述水力旋流器分级曲线的数学模型,并对试验数据进行了拟合分析；最后,对常规水力旋流器和带实体型导流环的水力旋流器进行了流场的数值模拟。分别研究了工艺参数对常规水力旋流器和带导流环(实体型和筛网型)水力旋流器分级性能影响的试验研究,并对三者进行了对比试验分析,结果表明：结构参数和操作参数对三种不同结构的水力旋流器分级性能都有影响,溢流管直径、溢流管插入深度和入料压力的影响明显。增加实体型导流环后,水力旋流器处理量有所增大,分级粒度变大,分级精度降低,底流夹细减少,但没有明显改善分级效果；增加筛网型导流环后,水力旋流器处理量明显增大,分级粒度明显变大,底流中<0.125mm粒级的量明显减少。在常规水力旋流器的溢流管上增加一段旋流筛管,对溢流产品进行再分级和脱泥,考察了不同筛缝形式、筛缝宽度、筛上出口大小条件下的试验效果。增加旋流筛管后,脱除了大量的细泥,当筛缝为竖缝时,由于筛缝的切割作用,再分级效果更好。构建了基于广义Logistic分布的分级曲线数学模型,用于描述水力旋流器的分级曲线,通过对试验数据的拟合结果表明：该数学模型能很好地拟合实际分级数据,同时能直观地表征分级粒度、分级精度、拟合误差等指标,是一个适应性强和参数意义明确的分级曲线数学模型。运用CFD软件对常规水力旋流器和带实体型导流环的水力旋流器进行了内部流场的数值模拟,对静压力、轴向速度、径向速度、切向速度和相图进行了对比分析。从模拟结果可以看出,静压力、轴向速度、径向速度、切向速度的分布规律基本一致。增加实体型导流环后,与常规水力旋流器相比,半径0.03-0.75m处的静压力普遍要小,但在半径0.01m内不再波动；切向速度也整体要小,尤其在中心处减小幅度更大；径向速度在中心处有一个急剧减小又增大的波动过程；轴向速度在中心处急剧增大,明显大于常规水力旋流器。从相图可以看出,常规水力旋流器没有形成贯通的空气柱,筒体内部仍然为气水混合物；带实体型导流环水力旋流器形成了贯通的空气柱,达到了水相和气相的分离。