生物絮团技术因契合高密度养殖需求，实现水质无污染与处理过程资源化等优点，已成为近来行业研究热点。其生产过程中，随着营养盐输入强度增加，导致养殖池内总固体悬浮物浓度逐渐上升。此外，因养殖池结构不合理或工况参数设置不当，易造成絮团在养殖池底部沉积，进而引发底部溶解氧降低和水体浑浊度升高，影响养殖对象的摄食欲望，产生慢性胁迫并最终影响经济效益。鉴于此，循环式生物絮团技术通过实现养殖池内液相流动，有效改变养殖池的流场，同时，固液分离装置的使用，能及时将多余的絮团颗粒去除。理论上能够克服生物絮团系统总固体悬浮物浓度不稳定和养殖池底部生物絮团过量沉积的弊端，但相关操作的水力学特性研究鲜有报道。由于系统水体浑浊，利用传统试验方法研究循环式生物絮团系统养殖池流态和絮团颗粒分离，存在过程复杂、成本高和效率低的弊端。随着计算机软硬件的提升，计算流体动力学逐渐被应用于各领域，其能够按照要求设定各种试验条件，试验周期短且可重复性高，信息获取全面且具有可视化效果强的特点，能有效规避上述问题。　　论文针对上述情况，以中试规模的循环式生物絮团系统为研究对象，开展了该系统主要组成部分（跑道式养殖池和涡旋分离器）的模拟和试验研究。相关研究对于分析跑道式养殖池和新型固-液分离的内部流场以及提高养殖池内生物絮团颗粒分布均匀性和涡旋分离器的分离效率具有重要意义，可为循环式生物絮团系统内总固体颗粒物精确管理以及养殖水体固体废弃物的高效分离提供理论依据。具体研究结论如下:　　1)针对跑道式养殖池有效养殖水体大小，综合多种涡旋分离器设计方法，确定了新型固-液涡旋分离器的结构和尺寸。运用模型相似原理，完成了试验规模的涡旋分离器模型的制作，并以此模型为基础完成了相关PIV试验。结果表明:PIV试验由于激光能量一定，其穿透能力有限，对于复杂结构的模型的PIV试验的流场结果依然有待改进;另一方面，不同HRT条件下，涡旋分离器内套筒内部区域的左下角和上部区域均表现一定的涡旋，同时随着HRT的加快，中间内套筒内的颗粒速度方向大致相同，只在筒壁附近产生小的二次流，同时沉积仓内的颗粒速度方向亦趋于一致，而HRT加快对轴向和径向的合速度分布影响并不大，且不同大小速度占据的比例相同，同时对于不同工况下顺时针和逆时针涡量大小基本相同，HRT越慢流场的涡量就相对越小，并随着HRT加快涡量分布趋向均匀。　　2)针对涡旋分离器内清水流场确定了数值模拟方法，包括高质量网格的划分、相关湍流模型的选择以及离散格式和离散方法的确定。将HRT为248s时涡旋分离器的模拟结果和PIV试验数据进行了比较，发现数值计算和试验结果吻合相对较好，证明了所建立模型的可靠性。在此基础上分别以欧拉-欧拉方法和欧拉拉格朗日方法进行更深入的模拟，研究涡旋分离器结构参数和运行工况变化对涡旋分离器分离效率的影响以及欧拉-欧拉方法和欧拉-拉格朗日方法在模拟涡旋分离器固液分离方面可靠性的差异。结果表明:涡旋分离器内部流场为强旋流流动，以切向分速度为主，径向分速度和轴向分速度较小。由于流动的不稳定性或空间结构的非轴对称性，旋转流的旋转中心和空间的几何中心存在一定的偏移。在一定条件下，随着内外筒径比α的增加，套筒内流场湍流加剧，且在进水口相对位置和套筒内部涡旋加剧。当α大于1.5后，涡旋分离器出口固相体积分数由0.465增加至0.496，并当α大于2.0后，出口固相体积分数基本保持不变。通过试验对比，欧拉-欧拉方法模拟结果可靠，虽然通过出口固相体积分数来计算涡旋分离器分离效率的精确度有待提高，但其与分离效率实测结果的变化规律一致，故可以通过涡旋分离器出口固相体积分数的高低判断其工作性能的优劣，同时，在设计循环式生物絮团系统涡旋分离器时α取1.5效果较好。另一方面，针对同一涡旋分离器，其分离效率随着HRT的增加有所提高，对于欧拉-拉格朗日方法的模拟，当HRT大于31s时，其结果与试验数据吻合程度相对较高，且计算精度高于欧拉-欧拉方法。最后为实现RBFT系统TSS的精确智能化管理，提出了涡旋分离器简化的操作模型:VHDVSFV30ρfηst=[Mp-（Mu+Md）]THRT。　　3)以中试规模跑道式养殖池为研究对象，采用三维网格和欧拉-欧拉方法的非稳态模型对其清水流场进行数值计算。结果表明:将计算域划分为大约32W网格计算时模拟结果与网格无关;通过监测不同位置处流场速度分布，可知不同的k-ε湍流模型对养殖池清水流场的模拟结果具有一定影响，并根据对所设监测点处模拟速度与试验速度的偏差大小的统计，确定标准k-ε湍流模型的监测点位置流体速度分布与试验数据吻合相对较好，同时，通过对各监测点误差大小的计算分析，进一步验证模拟涉及的计算模型具有一定的可靠性。综合考虑，对于不合养殖对象的跑道池32W网格已满足计算要求，同时标准k-ε湍流更适合跑道式养殖池流场数值计算。　　4)以欧拉-欧拉多相湍流模型为理论框架，对RBFT系统跑道式养殖池进行气-液-固多相流模拟和试验验证，讨论了不同工况、是否含有养殖对象以及涡旋分离器与养殖池耦合的全流场模拟对液相速度流场和固相分布特性特性的影响。结果表明:在相同条件下，RBFT系统能很好改善养殖池流场，提高絮团颗粒分布的均匀性，减少絮团颗粒的沉积，并当养殖池水力停留时间达到2h时，其絮团颗粒的沉积问题得到初步解决，并随着水力停留时间进一步加快，流场的改善程度不明显。其次，养殖对象的存在对养殖池流场有一定的影响，相同进水条件下，其整体液相速度高于没有养殖对象的养殖池内液相速度;在固相分布方面，养殖对象的存在将会增加固相颗粒的沉积，但总体固相沉积量不高，相对原位BFT系统无鱼养殖池亦有较大改善。综合考虑，在养殖对象存在的条件下，生产中水力停留时间控制在0.5～2h的范围，跑道式养殖池流场较佳。