随着国家“2030年前碳达峰和2060年碳中和”目标的提出,减少建筑耗能和碳排放越来越受关注。利用污水源热泵技术对城市污水中存在的巨大低位热能进行回收利用是减少建筑一次能源消耗的有效手段。但该技术在污水取热过程中受限于除污装置的运行可靠性和维护经济性,使得余热回收中净水取热技术面临很大挑战。本文从污水除污取热连续作业、高性能、低能耗的实际需求出发,从内流场特性角度揭示了引起引射旋流防阻机性能变化的原因,并对其引射装置改进来提升分离效率,通过介入物调控湍流场来降低自身能耗,从分离规律及机理上解析提升性能的方法,为其开发设计奠定基础。本文首先对引射旋流防阻机流场特性研究涉及的相关理论进行分析。颗粒是否被分离除自身密度外受流体拖曳力影响较大,可通过调节或控制液体流动来提高分离效率;引射强度（溢流卷吸底流强度）与分流比耦合,由此判断引射装置结构参数是提高分离效率的有效途径;零轴速包络面（LZVV）实体化可隔离内旋流和外旋流,减弱二者转捩所引起的湍动;通过对爱因斯坦流变性方程推导及讨论发现,颗粒物的含量（浓度）会改变液体粘度,进而影响旋流防阻机引射强度。之后,通过改进引射装置与底流装置的连接设计来强化分离。在处理量为5 t/h的引射旋流防阻机中通过生活污水和颗粒配水实验发现,在含底流管引射装置中,分离效率、分流比和能耗随引射角度增大而增加;在无底流管引射装置中,分离效率随引射角度增大而减小,但系统能耗随之增大;此外,等径型引流管相比渐扩型引流管分离效率更高,能耗和分流比较大。因此,为了除污旋流防阻机结构简单,在设计及应用中应优先选用不含底流管的引射装置。当底部安装空间较大时,引流管应选用等径型;当空间有限时,应选用渐扩型。随后,通过流场介入物来调控湍流场。在LZVV处插入锥筒使原本虚拟的LZVV实体化,通过实验考察锥筒高度、位置、入口速度等条件对分离性能的影响。结果显示,LZVV实体化相比传统水力旋流器能耗下降约40%,分离效率提高约5%。通过对锥筒高度、引射角度、溢流管插入深度单因素实验和响应面法组合实验考察它们对分离效率和总压降的影响。发现三者对分离效率和分离性能的影响都很显著,但相互作用不显著。响应面法优化得到处理量为5t/h的引射旋流防阻机最大分离效率为94.85%,最小总压降为1.02 k Pa。其后,通过粒子图像测速法（PIV）观测引射旋流防阻机内流场。结果表明,其轴向速度分布由传统的沿壁面向下和沿中心向上两部分发展为三部分,引射作用使其中心处产生了轴向负速度区域。该区域最高到达溢流口底部位置。同时观测不同介质流变性流场发现,流体的牛顿性、非牛顿性对引射作用影响较小,但流体本身的粘度对引射作用影响较大;介质浓度引起的粘度变化对流场影响主要集中在锥段（z=-56mm以下）,且对LZVV以外几乎没有影响。最后,利用数值模拟手段弥补实验操作及流场可视化测量中不易实现的工况,并对前述的各个实验进行流场微观层面分析。发现由于背压作用,引射角度增大会减弱溢流对底流的引射作用,在渐扩型引流管中表现最显著。对流场介入物的模拟发现长锥筒对湍流的抑制作用更强,但其对颗粒的强束缚作用不易于颗粒及时分离;介入物锥筒可以有效抑制湍动进而减小压降,但其不能安装过低,防止触碰锥体内壁面阻碍外旋流通道而形成倒吸,分离作用丧失。综上,本文从引射旋流防阻机内部流场研究入手,通过流场变化来揭示结构参数改变提升分离性能的机理。再通过介入物来调控流场,影响其湍动强度达到进一步提升分离性能的目的。这为引射旋流防阻机的设计开发奠定了基础,为传统旋转流场测量及调控提供了思路,能加深对旋流分离的理解和认识,促进其在热能回收领域的应用推广。本论文为国家自然科学基金项目“引射强化污水旋流分离机理研究”（No.51978200）的部分内容。