本文以旋流器对污水处理进行活性污泥浓缩分离为应用背景,通过对不同浓度下水力旋流器中颗粒的受力和数值计算结果的分析,探讨了不同浓度范围内促使粗细颗粒分离的主要因素,证实了在污水处理厂活性污泥的浓度操作范围内,离心力是促使颗粒分离的主要作用力,颗粒之间的相互作用力对颗粒分离影响不大。分析表明,颗粒的沉降速度比数值计算浓度条件下的沉降速度有所降低,但仍基本上与颗粒直径的平方成正比,大小颗粒主要在离心沉降的作用下得到分离,因此通过数值计算得到的颗粒分级效率曲线与试验得到的分级效率曲线吻合良好。用湍流雷诺应力模型和一种多流体模型对水力旋流器内的液、固多相流动建立了旋流器数学理论模型,采用了不需事先给定水力旋流器分流比的压力出口边界条件,获得了水力旋流器内的液、固多相流动的数值解。在不同的水力旋流器结构参数和操作参数下,对固体颗粒的旋流分离进行了分析研究,结果表明:旋流器的排出口比是影响分流比的主要因素,进口压力对分流比有一定影响,水力旋流器的直径变化(排口比不变)和锥段角度变化对分流比基本上没有影响;随着直径、锥段角度的增大,分离粒度逐渐增大,回收率降低;随着入口压力增大,水力旋流器的分离粒度变小,底流的分流比会缓慢增加;随着溢流管管径的增加,分离粒度增大,分流比明显减小,回收率降低;随着底流管直径的增加,分离粒度减小,分级效果明显下降,回收率会增加。通过数值模拟和试验研究了污水处理厂活性污泥在水力旋流器中的湍流多相流动,得到了水力旋流器结构参数和操作参数对固体颗粒分级性能影响的变化规律,证实了低浓度下的数值模拟结果能够用来指导实际的活性污泥浓缩分离的生产实践。本文的工作对水力旋流器的设计和选用有一定的参考价值。