针对传统柱锥形旋风除尘器对细颗粒分离效率低,能耗高的问题,本文提出了一种球柱形旋风除尘器,采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,深入研究了其分离性能,以期达到减少能量损失和提高除尘效率的目的。首先从颗粒受力情况入手,分析了球柱形旋风除尘器内颗粒的运动情况,发现颗粒径向方向速度减小,增加停留时间;轴向方向上速度增大,螺距增大,提高了颗粒进入排尘口的几率。同时在下球体中自由涡区域较大,减小了因气流尾部摆动造成的颗粒返混,有利于提高分离效率。其次,采用Fluent软件对柱锥形和球柱形旋风除尘器进行数值模拟,结果表明:与柱锥形旋风除尘器相比,球柱形旋风除尘器的静压力较小,有利于减少能量损失;速度减小,增加停留时间,有利于颗粒分离。对于球柱形旋风分离器来说,进口速度增大,静压力和速度均增大,颗粒的运动过程变短,停留时间减小;柱段高度的增大,静压力和切向速度减小,颗粒的运动轨迹变长,但螺距在轴向方向上变小;排气管直径增大,静压力和切向速度先增大后减小,轴向速度显示回流和滞流现象变严重。另外,颗粒的运动轨迹表明,颗粒即使在同一位置处进入,其运动轨迹也不一样。小颗粒容易跟随气流从排气管排出;大颗粒因体积和重力较大,被捕集的几率较大。最后进行除尘器性能试验,结果表明:在相同处理量工况下,与柱锥形旋风除尘器相比,球柱形旋风除尘器压降减小了 505Pa,下降幅度为38.25%,总分离效率提高了 3.47个百分点,粒径小于1μm的颗粒分离效率提高了 1.14个百分点,提高了细颗粒的分离效率,说明球柱形旋风除尘器分离效果更好。随进口速度增大,分离效率和压降均增大;增大柱段高度,分离效率先增大后减小,压降逐渐减小;排气管直径增大,分离效率和压降逐渐减小,并分别拟合了压降与进口速度和排气管直径的关系式。试验结果与数值模拟吻合性较好。通过研究球柱形旋风除尘器内部流场和颗粒运动规律,揭示固相颗粒分离机理,对开发高效节能的除尘设备具有重要的指导意义和工程应用价值。