旋流式分离器在空气滤清器各组成部分中起粗滤作用,是一种利用进气经过旋流叶轮时在离心力作用下,将进气中夹带的大颗粒灰尘等滤除的装置。由于分离器构造简单、维护方便、造价低廉,使得其受到了广泛研究及应用,但作为重型卡车空气滤清器前进气系统的一部分,旋流式分离器在工作过程中往往存在流动阻力大,灰尘淤积,过滤效率低等问题需要解决。考虑到旋流式分离器流场复杂的流动情况和实验方法的耗时性,本论文采用计算流体力学CFD方法模拟分析了旋流式分离器内部流场,通过数值模拟研究了不同结构参数对气固两相流场内速度和压力分布、流动阻力及过滤效率等性能的影响。本文对气相流场数值计算时,选择雷诺应力模型作为湍流模型;差分格式采用QUICK格式;压力梯度项插补格式采用PRESTO格式;计算方法采用基于FVM的SIMPLEC算法。对于气固两相流场运用欧拉-拉格朗日方法进行计算。计算结果显示:在旋流式分离器内部,旋流叶轮下方轴向速度成负值,说明在中心轴线处有回流现象,这会增加流动阻力,产生较大压力损失。静压在中心轴线处成负值,且一直延伸至排气口处,这会影响过滤效果。由于排尘口的存在使得在靠近排尘口处,速度、压力变化明显。旋流式分离器的粒级效率与颗粒直径尺寸成正比,但是对于过小或过大粒径颗粒的过滤效率不是很理想,且部分被捕捉的颗粒在集尘腔底堆积,容易引起二次污染,影响过滤效率。根据分析结果对旋流式分离器进行了结构优化设计,计算分析了排气口半径的变化、排气口内壁长度、排尘口倾角及集尘腔底倾角等参数的变化对流场速度、压力分布、阻力及过滤效率的影响。结果表明,当排气口半径为54mm,排气口内壁高度为147mm,排尘口倾角为24°，集尘腔底倾角为6°时,旋流叶轮下方轴向速度分布更加均匀,且速度绝对值减小,说明回流现象得到有效改善;压差明显降低,流体在旋流式分离器内流动阻力降低;过滤效率得到提高。