循环流化床燃烧是一种燃料适应性广、清洁燃烧的技术。由于它的这些特点,近10年来在世界各国得到了迅速的发展。旋风分离器作为循环流化床锅炉的一个核心部件,其性能的优劣对整个循环流化床锅炉机组的运行表现影响很大。旋风分离器的分离效率和分离器内的流场是密切相关的,深入研究分离器内的气固两相流动特性对于其结构优化、提高分离效率有重要意义。本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法对旋风分离器的气相流场进行了研究。分析研究了分离器内部的气相流场、气固两相流场、浓度分布,并且模拟了不同入口流速、不同入口截面比等条件下分离器的压降和分离效率,并在此基础上提出了改进结构的旋风分离器。(1)通过对比分析,采用RSM模型(雷诺应力模型)模拟的速度分布和压力分布与实验值吻合较好,模拟结果能较好预测分离器内部流场。(2)采用随机轨道模型对颗粒相进行了模拟,分析了颗粒相在分离器内的运动规律,并对分离器内部的颗粒相浓度分布进行了分析,预测了“短路流”、“顶灰环”和灰斗返混现象,得到了不同粒径颗粒的分级效率与旋风分离器的总分离效率。(3)模拟了不同入口流速条件下旋风分离器的压降、粒级效率和总效率。分析了入口条件改变对分离器性能的影响。(4)对具有不同入口截面高宽比的三种旋风分离器的压降、粒级效率和总效率进行了数值模拟,通过分析发现,入口截面高宽比应在合适的范围内选择,过高和过低都会影响分离器性能。(5)在分析入口流速、入口截面高宽比的基础上,提出了改进型的旋风分离器,并进行数值模拟,和普通的旋风分离器进行了比较分析。结果显示改进型的旋风分离器能较大幅度的提高分离性能。