旋流器是一种利用离心力场分离非均匀相物系的高效分离设备。其结构简单、成本低、处理量大、分离效率高，因而被广泛应用于化工、石油、采矿等诸多领域。空气柱是旋流器流场中的一种特有现象，它对旋流器的分离效率和能耗有重要影响，所以研究空气柱的形成、发展及运动规律具有重要意义。　　 本文借助流体计算力学(CFD)软件FLUENT对固-液分离用旋流器进行了数值模拟研究。阐明了空气柱的运动特征及流动参数分布，探讨了空气柱的产生和发展机理；研究了结构参数及操作参数对空气柱直径和形状的影响；分析了空气柱对旋流器分离效率和能耗的影响。　　 本文的主要研究工作如下：　　 (1)阐述了RANS方程、RSM模型、SIMPLE计算方法、边界条件以及建模方法，总结了国内外空气柱的研究现状和发展趋势。　　 (2)利用GAMBIT前处理软件对旋流器造型，采用结构网格与非结构网格结合技术对实体模型进行网格划分，设置计算区域和边界条件。　　 (3)借助流体体积函数模型对旋流器在不同条件下的三维湍流流场进行了数值模拟，得到了压力分布、速度分布及空气柱的体积分布规律，分析了旋流器内流场特征，得到了空气柱的运动规律，为分析空气柱的产生、发展机理提供了依据。　　 (4)采用随机轨道模型计算了旋流器内粒子的分级效率，通过对旋流器内有无空气柱条件下的粒子分级效率进行比较，阐明了空气柱对分离效率的影响；通过分别计算旋流器内无空气柱条件下的压力降，进而探讨了空气柱对能耗的影响。　　 主要研究结论如下：　　 (a)空气柱产生的主要原因是，由于旋流器的底流管和溢流管直接与大气连通，进入旋流器的两相流以强烈的螺线涡运动，当切线速度增大到一定数值，引起轴向负压，空气进入旋流器，在轴向负压和流体对流传输的共同作用下，空气柱发展，直至稳定。　　 (b)旋流器流场的速度和压力分布具有非对称性；流场的湍流特性和非对称性导致了空气柱的不稳定，空气柱的不稳定性又加剧了流场的不稳定。　　 (c)空气柱形成和发展过程中，时断时续，存在萎缩、消失的现象；旋流器不同高度处，空气柱的形状和大小不同；空气柱的直径随旋流器的底流管直径、溢流管直径、锥角、进口流速、进口压力的增大而增大，随液体黏度的增大而减小。　　 (d)空气柱的存在导致旋流器能耗增加，效率降低。因此应该尽可能减小或消除空气柱。