旋风分离器内部汽-水两相流场是极其复杂的三维强旋转流流动。这给分离器内部的流场数值模拟和实验测量带来了一定的困难。针对分离器内部的这种复杂汽-水两相湍流运动，文章采用了标准κ-ε模型、RNGκ-ε 模型和雷诺应力模型（RSM），利用贴体网格技术，模拟计算了分离器内部流动，并将计算结果与实验数据进行分析、比较，结果显示，雷诺应力模型（RSM）具有较其它两种模型更强的模拟能力．

采用商用CFD软件FLUENT对直切式旋风分离器内气相流场进行了数值研究，计算值和五孔球探针的测量值吻合较好。在此基础上，研究了结构参数对气相流场的影响。结果表明，减小入口面积比KA排气管直径比d，和排尘口直径比dc，均可使旋风分离器内的切向速度增大；但同时压降增大。CFD数值模拟方法可以很好地预测旋风分离器结构尺寸变化对内部流场的影响。

采用试验测量与数值模拟相结合的方法对直切式和蜗壳式旋风分离器内气相流动的三维流场进行了对比研究。雷诺应力湍流模型对流场的计算结果与五孔球探针的测量结果基本相符。研究结果表明：蜗壳式与直切式分离器内的流场均呈现非对称性,涡壳式分离器内的流场相对较对称;蜗壳式和直切式分离器入口环形空间顶部的滞留层厚度分别为4mm和10mm,蜗壳式分离器环形空间最大速度出现在180°附近,直切式在45°附近。蜗壳式进口更适宜造旋,分离空间内切向速度比直切式大,气流旋转强度高。直切式分离器的排尘口处旋转气流的摆动幅度更大,容易产生返混夹带,从而影响分离效率。

采用五孔球探针对不同结构参数和操作参数下PSC-100型导叶式旋风管的流动参数进行了测量，得到旋风管内气相流场的三维速度和静压的分布情况。试验结果表明，切向速度在大部分分离空间沿径向更加趋近于等速流；轴向速度有明显的上下行流分界，且分界位置靠近边壁，沿轴向分界位置逐渐向边壁移动；径向速度的方向在绝大部分分离空间近壁处沿径向向外，中内区域沿径向向内；静压沿径向从边壁到中心逐渐降低。当改变结构参数时，导流锥的开缝面积比对流动参数中切向速度的影响最为显著，即导流锥开缝面积比越大，所对应流场的切向速度值越大，因而旋风管的旋转强度越大，分离效率越高。实验研究的结果为天然气净化用多管式旋风分离器的结构优化与工程设计提供了参考依据。