水力旋流器因具有结构简单、操作方便，生产能力大等优点广泛用于选矿、化工、环保等诸多领域。由结构参数和操作参数共同决定的水力旋流器内部流场是决定物料在其中分离效果的关键因素。考查工艺参数变化对旋流器内部流场的影响，是研究旋转流场分离机制的重要手段。可以通过调节水力旋流器内部流场实现预期的分离目标，从而为高性能水力旋流器的设计和应用提供理论指导。
　　针对水力旋流器内部流场特点，本文采用基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的数值试验方法，以RSM(Reynolds Stress Model)雷诺应力模型计算湍流，以VOF(Volume of Fluid)多相流模型捕捉气液两相边界，借以获得内部流场特性。在此基础上，引入颗粒相，以Mixture混合模型计算流场内颗粒运动和气液两相边界的瞬时变化，对水力旋流器内液-固流场特性及分离性能进行定量描述。通过将数值试验结果与试验数据进行对比分析，证明了所选用数学模型的准确性和可靠性。
　　对水力旋流器内流场进行的数值试验结果表明，切向速度分布遵循组合涡运动规律，在溢流管底端由于湍流强度较高，致使自由涡区域切向速度随回转半径减小而降低;在旋流器的柱段和锥段上部存在轴向循环流;在溢流管末端存在短路流。
　　通过考查不同粒度颗粒分布特性发现，0.5μm微细颗粒在旋流器内的运动主要受湍流耗散影响，对液流的跟随性较好，其在沉砂中的分配率主要与分流比有关;随着颗粒粒度增加，颗粒所受湍流耗散影响逐渐下降，而所受离心惯性力的影响则逐渐增强，颗粒平衡回转半径随之增大。
　　操作参数和结构参数对水力旋流器内部流场稳定性和分离性能影响的研究结果表明，稳定的内部流场是水力旋流器正常分离的保证，当给料流量、入料口直径、溢流口直径、溢流管插入深度、沉砂口直径、锥角等参数取值不当时，水力旋流器内部流场稳定性被破坏，具体表现为湍流强度及短路流量急剧增加、轴向零速包络面(LZVV)形状改变、空气柱稳定性降低，从而造成不同粒度颗粒沿径向平衡回转半径规律性分布被破坏，粗颗粒在沉砂中的分配率急剧降低，细颗粒在沉砂中的分配率急剧提高，分级精度显著降低。
　　考察了给料粒度与给料流量、溢流口直径和沉砂口直径间的交互影响。研究发现，给料粒度与给料流量及沉砂口直径之间存在显著的交互影响，在一定范围内，适当提高给料流量或增大沉砂口直径，可以减弱给料粒度波动对分级性能的不利影响，保证分离过程的顺利进行;给料粒度与溢流口直径的相关性不大。
　　通过研究入料通道曲率半径对水力旋流器分离性能的影响发现，在一定范围内减小入料通道曲率半径可以提高入料通道区域流场的对称性、降低湍流强度和短路流量，可在一定程度上增强固体颗粒的预分级作用，提高分级精度。
　　基于数值试验结果，提出了提高鞍千矿业公司选矿厂Φ660mm粗细分级水力旋流器分级效率的实施方案，开展了工业试验研究，使水力旋流器溢流中-74μm粒级含量明显增加，分级效率提高了5.53个百分点。