本文用数值模拟的方法研究旋风分离器全空间内气固两相流动的特性。从国内外对旋风分离器的大量已有的研究工作看，以往的研究重点在主流的分布，而对一些局部非常态流动细节少有研究。在结构参数对气相流场的影响方面，虽然有不少研究成果，但将主要结构参数综合起来，研究其对时均流场及非常态流动细节的影响也未见报道。在气固两相流方面，大量的研究集中在常温常压下进行，对高温、高入口浓度条件下旋风分离器内的流动特征、浓度分布及分离性能的研究，至今未见诸文献。本文针对这些前人所未认识到的旋风分离器内的非常态流动细节特征开展研究，讨论了不同粒径的颗粒及颗粒群对气相流动的影响，分析了入口颗粒浓度和温度对旋风分离器内流动结构及分离性能的影响，获得了一些新的认识。 第一部分，采用改进的雷诺应力模型及高度加密网格的方法，在气相流场的非常态流动细节特征方面，获得如下一些新的认识： (1)用改进的雷诺应力模型模拟旋风分离器内的强旋湍流流动，有较高的预报精度，尤其是对于湍流参数的预报。 (2)环形空间的流动十分复杂，表现出显著的非轴对称性。从流动的变化特征，可将环形空间在周向上进行分区，在轴向上分段，而且在不同的区段还可分为不同的流态。在顶板下方有显著的二次涡存在，沿周向上其大小强弱各不相同，存在破碎与合并现象，但其轴向上尺度变化不大。 (3)升气管近壁处，在顶部有多个二次涡存在，在中下段，又有“附面层脱落分离”现象。升气管入口附近有短路流存在，短路流在周向上，表现出强烈的非轴对称性。 (4)分离空间的中心涡核呈特殊的扭摆特性，与以往研究中介绍的类刚性摆动不同。在不同的轴向高度有较大的随机性，在同一轴向高度，又有一定的拟周期性；高度不同，摆动幅度及周期也不同。离升气管入口越近，摆动幅度越小，周期越短。 (5)在排尘口上方存在一个排尘口影响区，该区内流动十分复杂。在排尘口截面，上、下行流分界点在不同周向位置差别很大，造成流量在周向上分布很不均匀。灰斗内有二次涡存在，这就造成气体在灰斗内停留时间大大增加。 (6)入口面积比KA对旋分器各部分的速度分量的影响基本一致，在相同入口气速下，KA越大，切向速度越小，但其最大值位置变化不大；对轴向速度影响较特殊，径向速度随KA的变化在不同的部位表现不同。KA越大，压降减小，中心涡核摆动幅度也减小。 (7)升气管直径比～dr增加，切向速度降低，内外旋流分界点径向位置外移，同时压降降低，中心涡核摆动幅度减小。 (8)排尘口直径比～d对切向速度及压降的影响有两重性。随着～d的增加，分离空间的上行、下行轴向速度都增加。～dc对径向速度的影响在不同的部位差异较大。中心涡核的摆动幅度随着～dc的增大而减小。综合而言，以～dc=0.4较为合适。 (9)入口加装导流板能降低旋分器的压降，偏转角度越大，效果越明显，但同时分离能力下降。升气管入口斜切，在一定程度上可减少短路流的影响。入口底板上斜，在一定程度上削弱了环形空间顶板下的二次流，但同时也使短路流和压降增大。 (10)入口截面比KA、升气管直径比～d，及排尘口直径比～dc对环形空间二次涡的分布形态几乎不产生影响。 第二部分，选取离散的颗粒群模型计算颗粒轨迹，并采用单元内颗粒源法(PSIC)计算颗粒的浓度分布，同时考虑气固两相之间的相互作用，在颗粒相运动及浓度分布等方面也得到了一些新认识： (1)细小颗粒的运动受流场脉动影响较大，从而使其轨迹的随机性增加，粒径越大，其轨迹的规律性越强。颗粒的受力是决定其轨迹的主要原因。环形空间顶部二次涡主要对中径颗粒的运动产生影响。 (2)颗粒相的存在对气相流场产生一定的影响，这种影响因粒径大小不同而不同。颗粒对气相流场的影响随入口颗粒浓度的增加而增大，随着温度的升高而增强。 (3)对于较大的颗粒及颗粒群，旋分器外壁的颗粒浓度呈螺旋灰带分布，且螺旋夹带以一定的频率上下窜动。在环形空间和灰斗的顶板下方有顶灰环存在，顶灰环有显著的非轴对称性。 (4)在旋分器的环形空间、分离空间及灰斗内，颗粒浓度可分为不同的区域。粒径不同，各分区的特征及大小也不同。对于较大粒径，径向上可分为中心夹带区、环形低浓度区及近壁高浓度区；在轴向向上可分为排尘口返混段、二次分离段、浓度渐变段、低浓度稳定段和短路流段。粒径不同，各段所占的比例也不同。 (5)首次提出了返混率、一次逃逸率、二次逃逸率的概念，并将其用于定量考察排尘口返混、内旋流夹带及短路流对分离性能的影响。 (6)温度和入口颗粒浓度对旋分器的分离性能产生显著的影响，温度升高，旋分器的分离能力下降，而压降也下降；入口颗粒浓度提高，分级效率及总效率上升，压降减小。