我国是煤炭储存和消费大国,煤炭的清洁生产对环境至关重要。近20年来,重介质旋流器(Dense Medium Cyclone,DMC)因具有设备占地面积小、本身无运动部件、分选效率高、处理量大等优点,被广泛应用于煤矿分选过程中。DMC能提升煤的分选效率并有效去除杂质,提高煤产品的质量,减少煤燃烧产生的SOx、NOx等污染物,降低对大气环境的污染。大直径重介质旋流器工业应用广泛,对其几何结构进行优化具有十分重要的研究意义。本文拟从蜗壳入口结构及涡核破碎翼结构入手,对大直径DMC结构进行优化。用于研究DMC的方法包括实验和数值模拟,考虑到实验研究所需成本较大,本文拟采用计算流体力学(CFD)方法对蜗壳入口结构DMC及内置涡核破碎翼结构DMC进行数值模拟研究。研究过程中,多相流模型(Mixture)被用来模拟重介质和空气柱,雷诺应力模型(RSM)被用来模拟流场的湍流运动,拉格朗日追踪模型(LPT)被用来追踪流场中颗粒的运动,并通过CFD软件二次开发输出颗粒受力数据,另有粘度模型被用来修正重介质悬浮液的粘度。这些模型经实验数据与模拟结果的对比验证,随后用来研究入口蜗壳包角、入料压头及涡核破碎翼对DMC的性能和内部旋转流场影响。研究结果表明:(1)增大蜗壳包角能够明显提高流场的对称性和稳定性,减少短路流流量,增大煤粉颗粒所受的离心力和径向压力梯度力之差的绝对值,进而促进颗粒分离;蜗壳包角为180°时,重介质旋流器的入料压头、溢流分流比及密度偏差较大,分离性能更好。对蜗壳包角为180°的DMC进行入料压头影响研究,在不考虑能耗的前提下,增大入料压头,可使流场稳定性增强、旋流器处理量增大以及分离性能提升。(2)DMC中内置涡核破碎翼,能够抑制溢流口空气进入流场、显著减小溢流口流体的切向速度、减小流场压强,使重介质旋流器能耗显著降低(降幅为12.2%);而且涡核破碎翼还能够阻断翼片直径范围内流体的旋转运动,破坏内旋流但不影响外旋流,使DMC主体分离空间增大的同时分离空间内的流体切向速度不减小,重介质旋流器的分离性能得到提升。综上所述,蜗壳包角为180°且内置涡核破碎翼(杆径200mm、翼长介于LMTV及LZVV间)的重介质旋流器设计较优,能够使Ep值(25%、75%可能性被分配到底流口的颗粒密度差值,Ep越小即分离性能越好)减小,分离性能提升,同时也使系统能耗降低12.2%。本文研究结果为重介质旋流器的结构优化提供了理论依据和参考。