随着我国社会和科学技术的高速发展,高含沙的黄河水资源在西北地区常用于农业灌溉、工业用水和城镇居民用水等。浑水水力分离清水装置是新疆农业大学研究人员自主设计的一种新型浑水分离装置,但通过相关研究发现:水沙分离主要发生在装置下部圆锥段,而装置圆柱段仅对上部的水流流动起到平稳作用,对水沙的分离效果并不明显,此外在实际工程应用中还会产生资金浪费和操作不便等问题。本文针对浑水水力分离清水装置存在的问题,提出了一种双锥式水沙分离器,首先运用计算流体力学（CFD）方法对其分离过程进行宏观分析;其次结合固液两相流理论（CFD-DEM）对其分离过程进行微观分析;然后采用单因素法对双锥式水沙分离器性能进行研究;最后运用正交试验法对双锥式水沙分离器进行结构参数优化研究。为双锥式水沙分离器更加适用于黄河净水工程、自来水预处理工程等实际工程应用奠定了坚实基础。本文取得了以下主要成果:1.通过运用CFD方法对结构方案进行宏观研究,得出双锥式水沙分离器要比其他结构方案的流场稳定性和规律性更好,分离效率也更高,因此本文最终选择双锥式水沙分离器作为后续研究对象。2.通过运用CFD-DEM耦合方法,对双锥式水沙分离器内沙粒的运动情况和水沙两相流对分离器的特性进行微观研究。通过分析得到:（1）沙粒粒径越大,沙粒在分离器内停留的时间就越短;（2）只要沙粒粒径在分离器的分离范围内,沙粒在重力、离心力和曳力等合力作用下,即可从排沙口快速排出从而达到分离作用;（3）分离器对粒径在0.015mm及以下的沙粒群的分离效果一般,然而对沙粒粒径大于0.025mm的沙粒群的分离率高达98%以上。将耦合结果与CFD数值模拟结果进行对比发现,两者的流场运动分布规律基本一致,从而验证了CFD数值模拟结果的准确性,为双锥式水沙分离器结构方案的确定提供了可靠依据。3.通过采用单因素法控制主要参数,利用CFD数值模拟对其主要参数分别进行数值试验研究。此研究对双锥式水沙分离器的结构优化研究具有指导意义。4.通过运用正交试验法对双锥式水沙分离器进行结构优化研究。结果表明,各因素对水沙分离效率的影响显著程度从高到低依次为:排沙管直径、下锥室锥度、柱体高度、内锥直径、内锥锥度;结构参数优化后的模型,分离效率增长了11.65%,同时流场的稳定性也有较大提升,优化的可行性得到了证实。