水力旋流器是利用离心场实现非均相液体混合物高效分离的设备。尽管其结构非常简单,内部流场却十分复杂。研究旋流器内的多相流动,对深化认识分离过程和指导工业设计具有重要意义。本文采用计算流体动力学(CFD)方法研究了水力旋流器内气液固多相的流动过程和分离机制。首先,确定了计算气液固多相流的CFD数学模型。通过比较k-ε、k-ω、雷诺应力模型(RSM)、大涡模型(LES)和分离涡模型(DES)五种湍流模型对速度分布的预测,选择RSM模型描述各向异性的湍流；采用流体体积模型(VOF)和拉格朗日概率追踪模型(LPT)预报气液界面和追踪颗粒的运动,通过比较报道的空气核直径和分级效率验证了模型的可靠性。其次,统计分析了不同粒径颗粒的主要作用力,发现对于小颗粒,流体曳力是轴向、切向和径向主要作用力；对于次小颗粒、切割颗粒和次大颗粒,流体曳力是轴向和切向主要作用力,离心力、流体曳力和压力梯度力是径向主要作用力；对于大颗粒,流体曳力和压力梯度力是轴向和切向主要作用力,离心力、流体曳力和压力梯度力是径向主要作用力。流体曳力在轴向和切向具有较强的随机性,在径向随颗粒粒径的增加随机性逐渐减小。压力梯度力主要在径向起作用。随着径向半径的减小,流体曳力先增加后减小,压力梯度力和离心力逐渐增加。再次,提出了颗粒相的分离机制。流体曳力、压力梯度力和离心力的作用共同控制颗粒的运动。在不同的颗粒粒径下,压力梯度力和离心力基本不变,向外离心力的数值约为向内压力梯度力的2.5倍,使得大颗粒进入下行流并在底流口捕集。随着颗粒粒径的减小,流体曳力呈指数上涨且随机性增加,但总体向内。向内的流体曳力将部分颗粒推向轴心,经上行流逃逸。当颗粒粒径小于一定值后,流体曳力远远大于离心力和压力梯度力,颗粒运动的随机性非常强,宏观表现为均匀分布。最后,设计了一种减阻附件,在保持分离效率不变的同时可以降低压降。当减阻叶片位于最大切向速度包络面和零轴速包络面中间位置时,保效减阻效果最佳,可以降低压降15.10%。随着减阻叶片长度的增加,只要不破坏外旋流的连续性,分离性能不变；一旦外旋流的连续性遭到破坏,分离性能急剧下降。因此,外旋流是控制颗粒分离的关键区域。减阻叶片的翼展垂直于流体的旋转方向,有效削弱了流体的旋转速度,出流的切向速度显著下降。出流速度头减小,出口能量损失减少,旋流器的压降降低。