旋风分离器是一种利用旋转产生的离心力实现气-固分离的设备。在旋风分离器的流场中,除了准自由涡和准强制涡组成的双旋涡主流外,还存在着短路流、纵向环流、底部夹带、返混等二次流。这些二次流会对旋风分离器的性能产生负面影响。现在常规的旋风分离器对于微米级及亚微米级(粒径<5μm)的颗粒分离效率还达不到要求。稳流内件的加入可以有效地抑制二次流的作用,改善旋风分离器的性能。本文采用了FLUENT软件中雷诺切应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)考察了增设稳流柱和内圆筒内构件对Stairmand型旋风分离器的流场以及性能的影响。ICEM CFD软件用来对研究中的旋风分离器进行物理模型建立和网格划分。预测的结果与PIV系统实验测量的结果相比较以确保模型选择的正确性。本文主要研究工作如下:(1)研究了不同直径的稳流柱对旋风分离器的流场及性能的影响。结果表明,增设稳流柱对分离区域内切向、轴向速度值影响不大,最大切向速度最高仅提高了3.29%,但极大地增强了速度分布的轴对称性,提高了流场的稳定性。稳流柱的存在能够削弱径向梯度力对颗粒的影响,抑制颗粒返混和旋进涡核(PVC)现象,减小二次流影响范围以及不同二次流之间的协调作用。稳流柱对圆锥体下端和灰斗的影响最为显著。改善了底部夹带和摆尾现象,使得颗粒易于集聚在灰斗内。带有稳流柱的旋风分离器对3μm以下的细颗粒分离效率最高提高了5.52%。但是,稳流柱的存在也会使得颗粒在稳流柱壁面附近产生集聚现象。较大或者较小的稳流柱都会对颗粒的分离产生一定的负面影响。稳流柱会给旋风分离器带来额外的能量损失,但压降表明该能量损失不大,压降最高提升了3.61%。本文中DO/D=0.1时,旋风分离器的分离性能最佳。(2)考察了增设内圆筒的环流式旋风分离器的流场及性能。结果表明,增设内圆筒改变了流体常规的流动路线,使得气流流动更加规整,避免了上行流与下行流之间的相互摩擦碰撞,消除了短路流和纵向涡流。环流式旋风分离器内大部分的清洁气体被直接排出,加快了气-固分离进程,使得各方向的速度分量值均偏小。与此同时也大幅度降低了能量损失(当进口速度为15 m/s时,压降降低66.67%),削弱了底部夹带的影响。在环流式旋风分离器筒体部位的最大切向速度出现在内筒边壁附近,导致准自由涡和准强制涡的交界面模糊。颗粒在环流式旋风分离器内的运动路线长,有利于颗粒的分离,对于3μm以下的颗粒,分离效率提高了11.27%。