旋风分离器是天然气净化过程中的重要设备,其主要工作原理是利用旋转气流产生的离心作用,将其中的杂质分离出来。目前各输气站用的旋风分离器主要是轴向入口叶片式多管分离器,相比切向入式,叶片式结构具有结构简单、分离效率较高、处气量大等优点。随着对节能减排要求的提高,对旋风分离器的性能提出了更高的要求,不但要求其具有更高的分离效率,而且要有更低的压降损失。本文利用数值模拟计算方法结合理论分析和现场测量对比,以现代多相流理论、高等流体力学和计算流体力学为基础,研究叶片式旋风分离器内部气固两相流动规律和固相粒子的分离机理,对影响旋风分离器分离效率和压力损失的主要参数进行了分析,为旋风分离的现场应用提供指导,同时为旋风分离器的优化设计提供理论依据。首先,基于纳维斯托克方程和连续性方程,采用雷诺性应力模型,运用有限体积法,对单管旋风管内的速度场、压力场和动能耗散进行了数值计算,明确了单管内部的气相流动规律。应用离散相模型,模拟分析了颗粒群在分离器内的运动规律以及不同粒径颗粒的运动轨迹,进而计算得出了单管的粒级效率。分析表明：旋风分离器内是由外侧的下旋流和中间向上的强制涡流组成,还有局部的短路流、返混流等二次流动。颗粒进入分离器后,由于叶片的导向作用开始向壁面运动,在外侧下旋流的作用下运动到底面,在底面的排尘口处被收集,部分颗粒到达排气口附近,在短路流的影响下直接逃逸到排气口,运动到底面的部分粒子也会由于返混流的作用上返到排气管,这也是降低分离效率的主要原因。其次,研究了进气量对单管旋风分离器的压降以及分离效率的影响,确定了最优进气量。分析了不同排气管插入深度和不同叶片倾角对压降以及对分离效率的影响,确定了最优插入深度范围和叶片最优出口角度范围。改用锥形主筒结构能够提高分离效率。再次,模拟分析了叶片堵塞情况对旋风分离器内流场的影响,分别分析了三种叶片堵塞个数的情况下,压力损失的变化和分离效率的变化。最后,对多管旋风管分离器进行数值分析,研究了进气室、集尘室以及排气室内压降和气流分布规律,分析了各单管间的进气均匀性和集尘室内单管间气流的窜流情况。给出了多管旋风分离器内粒子运动规律,并计算了多管旋风分离的粒级效率。利用在线测量技术测量了现场多管分离器的粒级效率,并和模拟结果进行了对比,模拟结果和实验测量值符合度较好。