圆形涡流式沉砂池具有占地面积小,能耗低,土建费用省,运行管理方便等特点,在污水处理工艺中应用越来越广泛;而水力旋流器则具有构造简单,没有传动部件,单位容积的处理能力大,分离精度高,设备造价低,占用地方小,维修方便等优点,越来越受到国内外污水处理工程界的重视。本论文结合安徽省科技攻关项目(07010202091),在国外圆形沉砂池和水力旋流器的基础上加以改进,设计制作了错流涡旋式高效固液分离装置,它将前两者的优势集于一身,是顺应我国污水处理技术装备的发展趋势和要求的设备。根据水力学原理,设计制作错流涡旋式高效固液分离装置样机,在城市污水处理厂现场进行了市政污水实验研究,测定了不同流量条件下该装置对污水的浊度,SS及COD的去除效率,并与城市污水处理厂的细格栅和曝气沉砂池进行了分离效果对比。得出错流涡旋式高效固液分离试验装置的最佳流量为20m3/h,水力停留时间为30s,本试验装置对污水浊度和COD的去除效率较之污水厂略高,对SS的去除效率则与污水厂相当,最小去除砂粒粒径为0.075mm。以GAMBIT软件为工具,建立符合错流涡旋式高效固液分离装置实际流场机构的几何模型与网格划分策略。根据错流涡旋式高效固液分离装置内水流的运动规律,在FLUENT求解器中建立数学物理模型,使用RNGk-ε湍流模型模拟了错流涡旋式高效固液分离装置液相流场的分布,计算稳定,收敛性好,并得出分离装置内某一水平面离中心点不同位移处的速度模拟值,速度分布成不对称性,有旋涡,流场分布与理论相吻合。在液相流场计算收敛的基础上,对砂粒颗粒相进行模拟,分析砂粒在错流涡旋式高效固液分离装置所受力的平衡,以离散相模型为基础,主要考虑重力,曳力,旋转离心力及湍流扩散对砂粒的影响,采用Rosin-Rammler分布函数来定义不同砂粒颗粒尺寸的分布,成功的模拟出最佳实验条件的砂粒去除效率与砂粒分级去除效率,并得出该设备去除砂粒的最小粒径为0.05mm,与试验结果接近。同时,也模拟得到砂粒在错流涡旋式高效固液分离装置内的运动轨迹,并对砂粒的运动规律进行分析。结合市政污水厂实验得出的错流涡旋式高效固液分离装置运行最佳条件以及FLUENT对其最佳试验条件下除砂效果的有效模拟,为了得到更高的去除效率,对错流涡旋式高效固液分离装置的水力结构提出了优化方案。通过模拟的结果比较,得出优化后的设备处理小粒径砂粒和漂浮物的效率有所提高,并于实际应用上在原本的中试装置上进行了初步的尝试,观察流态变化,优化效果明显。