在计算机技术的飞速发展和广泛应用下,对传统结构的旋风分离器进行研究的数值模拟仿真技术应运而生。传统的旋风分离器因为气体处理量多、分离效率高等优点在工业除尘领域被广泛应用,但它同时也有不易移动、粉尘易堆积、尺寸结构大等缺点。针对传统旋风分离器的尺寸结构大和不易移动的缺点,一种有效的解决方案是缩短旋风除尘器高度。使其具有体积小型化、易移动的特点,能够在小型工厂和车间内作为除尘设备使用。但是,旋风分离器在缩短高度后存在分离性能缺失的问题,针对这一问题,本文采用旋风分离器内气固两相流的数学模型及控制方程,分析了缩短高度后旋风分离器内颗粒的受力情况和运动特征。通过雷诺应力模型,对旋风分离器内的气固相流场进行了数值模拟研究。根据Barth平衡轨道理论和边界层分离理论,设计了能够解决缩短高度的旋风除尘器分离性能缺失问题的防混盖结构,和提高旋风分离器分离效率的导流板结构;研究了防混盖轴向安装位置及覆盖面积变化对分离效率的影响,分析了防混盖与导流板结构对旋风分离器内流场分布、分离效率、压力损失和颗粒速度的影响。为了进一步提高旋风分离器的分离效率,设计了切流式与轴流式旋风分离器串联使用的多级分离结构,并分析了叶片安装距离、叶片轴向长度、排气口直径等因素对轴流式分离器效率和压力损失的影响。最后,搭建了带有防混盖结构旋风分离器的实验平台,设计了V20变频器控制电路,完成了带有防混盖结构的旋风分离器与多级旋风分离器的实验,验证了数值模拟结果的正确性,同时也证明了防混盖结构、导流板结构和多级旋风分离器结构设计的有效性。