利用小直径水力旋流器对微细物料的分级和分离是水力旋流器的主要研究方向之一。溢流管插入深度的最佳比例、壁厚对于小直径水力旋流器分离微细颗粒的影响是否与大直径水力旋流器得到的规律一致还缺乏相关的实验研究。因此,亟需加强微细颗粒在小直径水力旋流器中分离行为的实验研究。另外,对水力旋流器新结构的探索多数局限于局部的改良与优化,创新性的设计比较少。因此,探索、开发和设计更为优化的新结构以提高小直径水力旋流器对微细固体颗粒的分离效率,已成为现阶段水力旋流器应用研究领域亟待解决的问题。本实验以筒体直径为50 mm的小直径水力旋流器对微细颗粒的分离为研究对象。首先,利用正交分析法研究了进口流量、溢流管的插入深度及壁厚对分离效率的影响,得到了最适的溢流管插入深度和壁厚。其次,根据最优尺寸,设计了两种套筒式溢流管,考察了其对水力旋流器分离性能的影响。此外,根据最优结构讨论了不同进口流量下分流比与分离效率、修正分离效率、压降的关系。最后,通过对分离效率、粒级分离效率的分析,获得了实验条件下水力旋流器的最优结构。结果表明:水力旋流器的直筒段具有一定的分离作用;对于微细物料的分离,溢流管采用薄壁且插入深度与水力旋流器直筒段长度相当的设计,有利于提高微细颗粒的分离效率。针对水力旋流器溢流管的插入深度与筒体直径的最佳比例,小直径水力旋流器的比大直径水力旋流器的大,表明它们的分离行为存在着较大的差异。以直径50 mm的常规水力旋流器为基础,设计了一种带直槽的水力旋流器。利用FLUENT对两种不同结构的旋流器分离相同条件下的物料进行了数值模拟,分别比较了速度、压力及固含率的分布。结果表明:直槽的存在对旋流器内部速度和压力的分布的影响较小;直槽的存在对重介质的流动有一定的引导作用,一定程度上有利于固体颗粒的分离。