气固分离与排气一体机(以下简称一体机),创新性地将离心风机置于传统旋风分离器内部,对超细颗粒具有较强的分离能力,然而前人研究表明,一体机分离筒体部分压力损失太大,离心风机提供的能头不足以满足气体在一体机中运输,所以需要对装置进行改进,提升装置能头,改善一体机内部流场。本文即从增加一体机能头的角度进行探索性研究,通过改变一体机的单一做功部件(离心风机),在一体机中加入不同类型的叶轮机械,通过数值模拟研究不同做功部件对一体机能头的影响,并对比不同模型的内部流场情况和分离性能,为提高一体机的能头和分离效率做贡献。主要内容和结论如下:(1)选择轴流风机和离心扭曲叶轮作为提高一体机能头的方向。用CF-turbo对离心扭曲叶轮建模,采用MATLAB和SolidWorks对轴流风机进行建模。选择适合一体机的做功元件并确定对比模型:原始模型(A)与加入离心扭曲叶轮后的模型(B);原始模型(A)与加轴流风机后的模型(C);加轴流风机后的模型(C)和同时加入轴流和扭曲叶轮的模型(D)。(2)通过模拟发现,轴流风机能有效改善一体机流场,但是并没有增加离心叶轮的能头,表示轴流风机和离心风机匹配并不成功,后期还应继续探索。(3)离心扭曲叶轮能够很好的提高一体机的能头,模拟算例中离心叶轮全压提高了18.7%,但是分离筒压力损失也相应增加了,提高一体机能头的同时应该同时考虑减小压力损失。(4)采用随机轨道模型(DPM)对模型机内颗粒相进行模拟,结果显示一体机对超细颗粒具有较强的分离能力。