本文采用大涡模拟的方法对Starimand型旋风分离器的强旋气固流场进行数值模拟,针对气相流场存在的紊乱涡流、“摆尾”、“返混”等影响分离性能状况,从结构方面提出改进措施,对传统型分离器增设稳流柱和防返混锥,以改善其流场、稳定涡流扰动。为验证增设稳流柱和防返混锥的稳流效果,采用数值模拟和实验研究的方式对研究对象分类别比较。分别从涡流矢量图、流场速度、压降、湍动能耗散、液体示踪对比、质点压力动态脉动测试等几个方面重点研究。通过考察增设内构件后对旋风流场的变化规律,为微米以及亚微米级颗粒捕获和旋风除尘器性能的优化提供参考,并对旋风分离器三维流场的研究提供流体力学理论依据。所做的主要研究工作有：(1)利用数学建模软件gambit2.20构造几何模型,对模型使用流体力学软件FLUENT6.2计算,具体计算方法采用大涡模拟的数值方法。分析了Starimand型旋风分离器和增设内构件的旋风分离器的三维速度场分布,压力场分布和湍动能耗散分布情况。结果表明：在相同的操作条件下进气风速为15m/s时,增设内构件后切向速度的轴对称性比较好,最大切向速度虽然降低,但分离区壁面的分离速度并未降低,能达到较好的分离效果。涡流速度矢量图中显示：稳流柱稳流、导流作用良好,降低了内旋流与外旋流交汇处,涡流紊乱的状况,规整了涡核尾端的“摆尾”现象。防返混锥的使用有效降低了灰仓内的湍动程度,大大减少了灰斗返气量。增设内构件后,湍动耗散能大幅度降低,在旋风分离器中部湍动耗散能最大降幅为77%。(2)在气相流场的基础上,通过对外旋流进行液体示踪试验发现增设稳流柱后,下行轴向速度衰减程度小,涡核尾端有足够能量向下延伸,减少了下锥体附近“摆尾”现象的发生,有效的减少了内旋流和外旋流的相互扰动,降低了湍动能量的耗散。安装导流件后,流体在旋风分离器内旋转圈数明显增多,有利于提高分离效率。(3)在相同的试验操作条件下,对比分离器使用导流件前后,质点动态压力变化、压降、总分离效率、颗粒分级效率等性能指标,结果表明,增设内构件,对于碳粉(D50=44.65微米)和粉煤灰(D50=23.30μm)颗粒的分离总分离效率提高了5%-7%,其中1-5μm粉煤灰(D50=23.30μm)颗粒平均分离效率提高了10%左右,2μm颗粒的分级效率甚至达到了75%。虽然总压降略有提高,但是旋风分离内部动态压力变化趋势平稳。表明增设稳流柱后,降低了强旋涡流间的扰动,使内旋流依托稳流柱上升,降低了下锥体附近涡流“摆尾”程度,防返混锥的应用有效降低了灰仓内的“返混”,大大提高了旋风分离器的分离性能。