旋风分离器作为一种两相分离装置,因其具有结构简单,运行成本低,耐高温、高压等优点而被广泛应用于工业除尘领域。然而通过调研发现,旋风分离器内存在的排气管底部短路流、灰斗颗粒返混等二次流易导致颗粒在分离过程中逃逸,使其分离效率降低,可见分离器内部流场分布特性对其分离性能具有重要的影响。本课题以Stairmand高效旋风分离器为研究对象,采用数值模拟与实验相结合的方法,对分离器内部两相流流场分布特性进行研究,揭示分离器内二次流产生的原因及其对分离性能的影响。在此基础上确定了内置防返混锥结构优化措施,并得出防返混锥的最佳几何尺寸、安装位置和该结构优化措施适用的运行条件,主要研究工作及结论如下:首先,采用Fluent软件对旋风分离器两相流流场进行数值模拟分析,并在此基础上,通过DPM采样功能对颗粒逃逸量进行量化,获得影响旋风分离器分离效率的因素及其重要度依次为灰斗颗粒返混、排气管底部短路流、分离空间纵向环流等其他因素。其次,以分离效率及分离器压降为评价指标,探究防返混锥几何尺寸及安装位置对分离器分离性能的影响。结果表明防返混锥的最佳底面直径为0.84B,最佳安装位置为防返混锥底面与锥口垂直距离0.375B≤B_s≤0.5B,与无防返混锥旋风分离器相比,总分离效率增加11.5%,分离器压降增加8.29%,即内置防返混锥结构优化措施是在增加少量压降的基础上提高分离器分离效率。并搭建与数值模拟几何尺寸相同的实验台,对七种不同工况分离器分离性能参数进行测定,实验测量结果与模拟结果趋势一致,说明了结构优化措施的有效性和数值模拟方法的准确性。最后,以分离效率及分离器压降为评价指标,探究运行条件对分离器分离性能的影响。结果表明防返混锥对灰斗颗粒返混的抑制作用随入口速度的增加而减弱,总分离效率随入口速度的增加先增加后减小,压降与入口体积流量平方成正比;不同入口颗粒浓度下,防返混锥对灰斗颗粒返混的抑制作用差异较小,总分离效率随入口颗粒浓度的增加而增加,压降随入口颗粒浓度的增加而减少。