旋风分离器的结构简单、造价低廉、能耗极低、耐高温，故得以广泛应用于石油化工、医药生产、燃烧发电、环境保护等许多领域。但由于经济和技术（尤其是软件）等各方面缺乏，以及旋风分离器内部流场的运动规律和多相流分离机理十分复杂，致使其结构尺寸设计均为经验型设计和半经验型设计，分离效率不高，这就限制了它的使用范围。影响到分离器分离效率的参数有很多，其中影响较为明显的有锥体段倾斜角度、排气管插入深度、入口倾斜角度和进气速度。本文以石油开发中用于油水分离的旋风分离器为主要研究对象，以有限元理论为基础，以软件Gambit、Fluent、Matlab为工具，基于连续流中离散相颗粒运动模型，对关于分离效率与以上几个关键参数之间的依赖关系进行了系列仿真和优化，进一步得出：若空气中颗粒物的直径大于2μm，锥体段倾斜角度为12.36°，排气管插入深度为54.56mm，入口倾斜角为37.16°，进气速度为35m/s时，其理论分离效率可达99.9%以上；同时对于粒径在1.5μm及其以下的微小颗粒，增大入口倾斜角或增加进气速度均能有效提高它们的分离效率。本文的研究成果对旋风分离器的设计和应用有明显的启发意义和较高的实用价值。