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催化裂化工艺中，提升管出口通常设置旋风分离器(粗旋)进行油气与催化剂的快速分离。粗旋分离性能的优劣、料腿泄气量的大小直接影响着炼油厂催化裂化装置的正常运行和收益，粗旋在整个催化裂化工艺中占有及其重要的地位。然而长期以来，粗旋作为一种特殊型式的旋风分离器并未得到足够的重视，其内部气固两相流特性、工作性能和结构设计均没有形成明确而深入的认识。本文采用数值模拟和理论分析相结合的研究方法，考察了主要操作参数以及结构参数对粗旋两相流特性及其性能的影响规律，取得的主要成果和结论如下： (1)在冷模加尘实验基础上，对于不同的两相流形态--稀相流动和密相流动分别采用颗粒随机轨道模型和双流体模型进行模拟，回归得到包含重要操作参数及结构参数在内的粗旋切向速度计算式。分析了粗旋内部空间尤其是料腿内的气固两相流特性。粗旋大部分空间内的浓度分布沿径向呈“U”形，近壁存在上下震动的螺旋灰带。粗旋因料腿末端敞开，排尘口附近的颗粒返混夹带量显著减少。整个料腿内的气固两相流态类似于常规旋风分离器料腿内旋转段的两相流动。 (2)首次获得了工业上难于测定的粗旋料腿泄气率数据，并回归得到包含重要结构尺寸、操作参数和气体物性在内的粗旋料腿泄气率表达式。随固相浓度增大，料腿泄气率上升的趋势先急后缓，同固相浓度与粗旋压降的关系相对应，转折点固相浓度值均接近(或略低于)0.8kg/m3(滑石粉)。气速升高导致料腿泄气率降低，气体密度增大导致料腿泄气率增大，黏度增加则对料腿泄气率具有正反两方面的作用。 (3)获得了重要结构参数和操作参数对粗旋压降的影响规律。固相浓度对压降的影响存在两种机制：少量颗粒的加入加大了壁面同油气间的摩擦，削弱气流的旋转能量，令压降降低；固相浓度达到一定值后，颗粒浓集在粗旋近壁区域而形成的灰层不断加厚，使气流轴向流道变窄而导致压降增大。结合粗旋特殊的结构特点，修正了低浓条件下的ESD压降模型，并推导了高浓条件下基于“近壁灰层厚度增长理论”的粗旋压降表达式。 (4)获得了重要结构参数和操作参数对粗旋分离效率的影响规律。粗旋内部颗粒浓度分布沿径向与轴向具有“分区分段”的特点。引入“二次分离”的观点并考虑料腿敞开对三区划分的影响以及高固相浓度所引起的颗粒团聚、碰撞的影响，建立了适用于粗旋(尤其是高浓条件)的分区综合分离模型。 (5)结合粗旋气固两相流与性能分析的结论，为粗旋的工程设计与性能优化提出了几点建议。推荐采用粗旋结构A1，并建议在沉降器高度允许条件下为粗旋设置灰斗和重锤逆止阀。