旋风分离器是一种常见的气固分离设备,在能源、环境等许多领域都有广泛的应用。但研究表明,旋风分离器的内外双层湍流旋涡的主流场轴对称性较差,并且还附加有多种形式的局部次级流动,这种流场特点阻碍了旋风分离器性能的进一步提升。因此,为提升分离性能,针对分离器的流场特点,本论文采用冷模试验与数值模拟相结合的方法,研究考察了在常规单切向入口平顶筒锥式旋风分离器顶部环形空间引入双螺旋导流叶片、改平顶为螺旋顶入口及在螺旋顶入口分离器顶部环形空间增加螺旋导流叶片3种螺旋导流强化设计方案的分离效率、压降及流场,分析这3种措施的强化机制,为旋风分离器的提效减阻开发提供支持。论文的主要工作与结果如下:（1）通过在常规单切向入口平顶筒锥型逆流反转式旋风分离器顶部环形空间增设双螺旋导流叶片,设计了一种筒径D=300mm的双螺旋导流型分离器。试验表明,当双螺旋叶片的起始位置与入口下底板距离L=100mm、螺旋圈数为2圈时,分离器性能最优。与基准PV型分离器相比,双螺旋导流型分离器压降低20%以上,减阻作用显著;分离效率在入口气速大于16m/s时高于基准型分离器。模拟表明,相对于基准PV型分离器,双螺旋导流型分离器的内流场基本轴对称,消除了底部旋涡的摆动,速度分布比较均匀。（2）设计了一种筒径D=150mm的螺旋顶型分离器,以削弱分离器顶部的二次涡流对分离性能的负面影响。试验表明,在升气管直径相同（径比der=0.5）的情况下,螺旋顶入口分离器的压降比基准型分离器低20%以上,具有明显的减阻作用;分离效率在入口气速大于17m/s时高于平顶型分离器,且入口气速越大,分离效率增加越多。将升气管直径der由0.5减小到0.4时,螺旋顶型分离器可实现“保阻提效”的作用。模拟表明,螺旋顶型分离器可有效消除环形空间的顶部环流,同时,能够大幅度减少由升气管底部逃逸的短路流气量。利用模拟得到的短路流量和切向速度对Muschelknautz模型修正,修正后模型的效率计算精度较高,且能够预测出分离器的最大效率气速现象。（3）为了实现在入口气速全域内提效减阻的目标,将导流叶片和螺旋顶入口结合,设计了一种筒径D=300mm螺旋顶-导流型分离器。试验表明,随着导流叶片末端升气管插深S1的增加,分离器的压降几乎不受影响,效率先增大后减小,在S1=100mm（0.33D）时,效率达到最高。此时,与基准型分离器相比,螺旋顶-导流型分离器的压降降低10%以上,效率能够在全气速域内高于基准型分离器1%以上,并且入口气速越大,效率增幅越大。模拟结果表明,螺旋顶-导流型分离器的流场能够兼具双螺旋导流型分离器和螺旋顶型分离器两者的流场优势,是一种新型高效低阻的旋风分离器。