旋风分离器是重要的气固分离和颗粒分级装置,具有结构简单、性能稳定、操作成本低等优点,广泛应用于国民经济多个行业。现有研究表明旋风分离器可以对超细粉体进行有效分级,而分级效果决定于旋风分离器内的流场特性和颗粒分离特性,可以通过优化结构与操作参数来强化。升气管结构尺寸对旋风分离器的速度场和压力场分布影响显著,进而影响颗粒分离运动行为。本课题拟将升气管进行二次曲线渐扩造型来强化超细粉体在旋风分离器中的分级效果,揭示二次曲线渐扩升气管（以下简称渐扩升气管）对旋风分离器的内部流场特性和颗粒运动分离行为的影响规律和作用机制,并结合试验研究确定最佳二次曲线渐扩升气管的结构尺寸。本文的主要研究工作如下所示:一、对旋风分离器内部气相流场进行数值模拟,探索了渐扩升气管的直径,渐扩率和坡度等结构参数对流场特性的影响规律,重点考察了旋风分离内部静压、三维速度场以及湍动能,并将渐扩升气管和直管升气管旋风分离器的流场特性进行对比,分析了“短路流”、二次涡流以及涡核摆动等对旋风分离器内部气相流场的影响。结果表明:渐扩升气管下端管口附近的“短路流”得到了一定程度的削弱,并且涡核摆动现象和料腿段的二次涡流现象也得到减弱。同时,渐扩升气管对旋风分离器内部环形空间气相速度分布有显著影响。二、利用商业数值模拟分析软件FLUENT,使用相间耦合随机轨道模型和欧拉-拉格朗日法,对旋风分离器内部不同粒径颗粒的运动轨迹进行数值模拟,揭示了渐扩升气管对旋风分离器内部颗粒运动分离的作用规律。研究结果表明入射位置对旋风分离器内微细颗粒的运动轨迹有显著影响,入射位置过高或过低时粉体颗粒容易受到流场中“短路流”和二次涡流的影响,不利于超细粉体颗粒的分离;不同气速下,微细颗粒在旋风分离器内部运动过程中均有不同程度的“短路流”现象发生,并且“短路流”现象主要影响由入口顶部入射的微细颗粒,当旋风分离器入口气速较小时,微细颗粒可能会扰动灰斗内的流场;渐扩升气管的直径和渐扩率分别在一定程度上影响旋风分离器灰斗内流场的稳定性和颗粒运动的最大下行位置;渐扩升气管旋风分离器并不会分离5μm以上的颗粒成为细颗粒产品,并且相比于常规直管,渐扩升气管对1μm颗粒的分离能力会得到加强,并且对10μm颗粒组的“顶灰环”现象也会起到一定程度的削弱。三、通过试验研究考察渐扩升气管旋风分离器对超细重质碳酸钙粉体的分级效果,研究渐扩升气管的结构参数如直径、渐扩率和坡度等对超细粉体的分级效率、切割粒径、分级精度以及压降的影响规律,并与升气管为直管的旋风分离器对超细粉体的分级效果进行对比分析,结合数值模拟结果阐释渐扩升气管的作用机制,确定最佳的渐扩升气管参数。试验结果表明:渐扩升气管的渐扩率和坡度对超细粉体在旋风分离器中分级效果具有显著影响。当升气管直径De=0.3Dc（Dc为圆柱段直径）时,旋风分离器的压降随着渐扩率增大而降低,并且在渐扩率?=1.2时可以取得较好分级精度;当De增大到0.4 Dc时,旋风分离器压降降低,并且随着渐扩率的改变出现极小值,在渐扩率?=1.1时可以取得更好分级精度,并且在坡度β=15时可以取得最佳分级效果。本文中二次曲线渐扩升气管旋风分离器的最佳结构参数和操作参数分别为:入口气速v=15m/s,入料浓度c=30g/min,升气管直径De=0.4 Dc,升气管插深L=0.5Dc,渐扩率?=1.1,坡度β=15,此时分级精度K=1.23,d50=2.68μm。相比常规直管升气管,二次曲线渐扩升气管有效提高了旋风分离器对超细粉体的分级效果,同时降低了旋风分离器的压降。该论文共计图78幅,表11个,参考文献103篇。