碟式分离机是一种利用薄层分离原理实现液-固(即低浓度悬浮液)、液-液(即乳浊液)离心分离的设备,具有生产过程短、生产效率高、分离能力强等优点,被广泛用于制药、食品、化工、机械等工业生产中。碟式分离机在工作状态时,其转鼓内部流场相当复杂,流场中液相处于高速旋转与薄层流动两种状态,并且流场存在大量漩涡。又因转鼓高速旋转和自身结构的限制,传统的实验方法和理论研究很难准确计算其转鼓内部流场分布和结构应力大小。本文依据流体动力学理论,借助Fluent流体仿真软件,建立了胶乳分离机转鼓内部流场的二维模型,以混合多相流模型和层流模型为基础,对其转鼓内部流场进行了数值模拟,并得出了与理论分析基本相符合的压力和速度分布规律。研究了在不同转速下,其压力和速度变化规律及转速对分离效率的影响。通过分析正常工况下的液-液(浓乳与水)两相流相变图,更清晰和直观了解重相(水)与轻相(浓乳)的分离过程,并对出流区流体的流动特征进行了分析。研究表明:不同转速下流场压力分布的形式都是随半径呈二次型分布,压力大小与半径和转速相关;转速提高有利于提升分离效率但提升的效果会逐步下降;出流区产生的漩涡对分离效果具有一定的不利影响。此外,本文提出了内装件简化方案,并利用AWE(Ansys Workbench Environment)软件结合流体仿真研究的结果对三种不同转速下的转鼓进行了结构静力学分析,并校核了转鼓体、转鼓盖、锁环是否满足强度要求。进一步利用等效应力线性化的方法分析了转鼓体应力集中区域,并校核其强度,以此为基础对转鼓体进行了多目标驱动优化设计。研究表明:内装件的方案设计能较客观的反映实际工况;转鼓三构件均满足强度要求;转鼓体沉渣区、螺纹牙、退刀槽等位置为局部应力集中区域,可采取结构优化减少应力集中;转鼓体的最终优化方案达到了使转鼓体等效应力降低4.29%、用料减少5.85%、总变形量减小0.65%的优化目的。