對于流體混合物，不同的組成成分分離可分為均相分離和非均勻相分離。均相分離是指各組分以分子的形式相混合、沒有明顯的相界面的多組分流體之間的分離；另外，我們還可以經分離過程分為機械分離與傳質分離兩大類；所謂機械分離時只簡單的利用機械方法就可以將兩項混合物進行分離，而相之并不發生物質傳遞過程，如過濾、沉降、離心分離、旋風分離、靜電分離等，這類分離過程在工業上有著大量的應用；傳質分離是指在相間同時發生質量與能量的傳遞的分離過程。可以在均相中發生，常見的化工單元操作如蒸發、精鎦、吸收、萃取、吸附、浸取、干燥、潔凈等都是在非均相中進行，而熱擴散、氣體擴展、超濾、反滲透、電滲析、夜膜分離等均相分離過程，則是通過某種介質在壓力、溫度、組成、電滲析或其他梯度所造成的強制力的作用下，依靠氣體中不同組分的微觀粒子的遷移速度的差別 的分離過程。
分離過程之所以能順利進行是由于混合物中帶分離的組分的各種物理化學性質之間，至少存在著某一種性質上的差異，可用于分離的常見物性見表2.1所示。
水力旋流器分離技術是利用密度差進行多相分離的非均相機械分離過程，因此適用于水力旋流器分離的具有一定密度差得多項液體混合物，密度差越大，分離過程就越容易進行，反之越難。利用旋流器分離的液體混合物可是液液混合，液固混合，液氣混合，以及其他的三項或多項液料，但其中必有一項為液體。
另外，必須注意的是，從熱力學角度來說，分離過程是使物質達到更為有序化的過程，因此不是一種熵增過程，因此，分離過程必然要消耗外界的能量，因此分離過程的能耗與分離能力的大小是衡量一種分離過程的有效性的兩種主要性能。
水力旋流器是一種利用流體壓力產生旋轉的裝置。這一定義也許不夠全面，但卻提示了水力旋流器工作原理的本質特征。水力旋流器的基本結構見圖2-1，由圓柱體、錐體、溢流口、底流口與進料口組成。溢流口在圓柱體的上端與頂蓋連接，進料口在圓柱體上部沿側面切向進入圓柱腔內。混合物沿切向進入旋流器時，在圓柱腔內產生調整旋流暢。混合物中密度大的組分在旋轉江郎才盡的作用下同時沿軸向向下運動，在到達錐體段沿器壁向下運動，并由底流口排出，這樣就形成了外旋流流場；密度小的組分向中心軸向方向運動，并在軸線方向形成一向上運動的內旋流，然后由溢流口排出，這樣就形成了兩項分離的目的。
圖2.1
與螺旋分級機相比，水力旋流器的優點如下：
(1)結構緊湊，體積小：這是由于離心力場遠大于重力場(約1000 的數量級)，所以在料液處理量相同的情況下，物料在水力旋流器中所需要的時間停留(典型的停留時間為2s左右)遠小于在重力分離設備中進行分離時所需要的分離時間（物料的平均停留時間正比于體積設備），另外，由于離力基本上 重力場的影響，因此水力旋流器可根據空間需要臥式安裝。
(2)質量輕：由于待分離物料在水力旋流器中所需要的停留時間很短，所以水力旋流器分離系統中輪種的液料量及其相應的設備質量大大的減輕。與傳統的分離設備(如浮選機系統)相比，采用水力旋流器系統后油-水分離系統的質量降低到采用重力分離系統質量的五分之一或六分之一。
(3)易于安裝、設計：靜態水力旋流器可以模塊化單元的方式進行設計、組裝，當料液處理量增加或減少時，可以隨時增減旋流器的個數，而且由于水力旋流器的體積小、質量輕，在安裝現場可以很方便的吊裝，基本可以人力搬動，組裝，這樣既可以 限度的降低初始投資設備，又可以隨時調節設備單元以滿足生產量變化的需要。如果采用重力分離設備，由必須按可能出現的 料液處理量進行設計。
(4)需要的系統配件少：靜態水力旋流器中沒有運動部件， 兩項分離所需要的能量只是進口處的壓力，除了進料泵外，整個分離系統不許配備其他機械及其相關的連接配件。
(5)維修費用低：由于沒有運動部件基本上不需要維護，雖然料液中固體顆粒的存在可能磨損旋流器的襯里，但是工業生產的使用經驗證明，旋流器的使用壽命一般都在五年以上。
(6)易于調節與控制：由于旋流器中無運動部件，只要安裝的旋流器能滿足歐元處理量的要求，就不需要其他的控制與調節裝置。
(7)對基礎的運動不敏感。
液體在水力旋流器其中同時產生兩種基本的同向旋轉液流-順螺旋線向下流動的外旋流和沿螺旋線向 向溢流管的內旋流，此即水力旋流器內液體流動的雙螺旋模型，見圖2-2所示。外旋流一接近錐頂就分為兩部分；一部分不變更流動方向，繼續向下， 經底流口排出；另一部分變更流動方向，轉而向 動，進入了內旋流。在外旋流和內旋流之間于溢流管端以下產生循環流也稱閉換渦流，此循環流中的液體在要旋流器軸線旋轉的同時，從外側向底流口方向運動，而從內側向上蓋方向運動，見圖2-2所示。當向輕水介質的水力旋流器透明玻璃模型進料中加入一定量的染料時，可以明顯看出循環流。開始整個旋流器內液體全被著急，稍候染料被新進入的水所沖洗，僅在旋流和外旋流之間的圓環處仍存在著色液體，但區域的形狀和逐漸改變，這個圓環區域就是循環流所構成的。除這些液體流以外，還存在所謂短路流，它有部分進料形成，現是環繞蓋死皮賴臉面向內側流動，然后沿溢流管壁向下流動， 進入溢流中。在水力旋流器的軸線附近，由于靜壓頭很低而離心力又很大，以致液體渦核無法存在，于是空氣順勢沿底流口進入并在軸心處形成一個上升的旋風氣流柱，成為空氣柱。
歸納起來，一般認為水力旋流器內液體流動存在四種形式，即內旋流、外旋流、短路流、和循環流。此外空氣柱和零軸速包絡面液是兩個重要的附帶特征。圖2-2顯示了水力旋流器內液體流動的二維跡線圖。
在柱坐標系中，旋流器內流體流動的速度可分為三個方向上的速度分量；切向速度、軸向速度、和徑向速度。對旋流器內速度分頁的充分了解對于離散相粒子的運動軌跡、并以此來從理論上來預測分離效率是非常重要的。
(1)切向速度分布
水力旋流器內的三維液體流動中，切身速度具有最重要的地位，不僅是因為切向速度在數值上要石破天驚其余兩個速度，更重要的是切向速度產生的離心力是旋流器內兩相或多項分離的基本前提。
1952年，kelsall利用頻閃觀測器研究了水力旋流器的切身速度，得到結論：切向速度從旋流器周邊向中心不斷增大，到空氣柱邊緣又重新降低，在回轉半徑約等于溢流管半徑處切向速度達到 會。切向速度在溢流管末端以下各水平面上保持恒定。切向速度不是呈自由渦運動，而是呈所謂的準自由渦運動。
(2)軸向速度
研究軸向速度的意義包括兩個方面：一是按照傳統的研究思路，找出零軸向速度包絡面。根據零軸向速度包絡面可以確定那些液體是從溢流口排出或從底流口排出旋流器；另一方面就是通過軸向速度和徑向速度；來研究液體質點或分散相顆粒進入旋流器以后的運動軌跡，并根據這種運動軌跡的變化規律來預測旋流器的分離效率。研究流廠以及分離效率的影響因素、對內流場進行模型化處理。
kelsall通過測定水力旋流器的切身速度和軌跡化解而得到了個點的軸向速度，其中液體的軸向速度在溢流管末端以下各水平面上，由器壁向空氣柱方向，軸向速度首先從向下方向，隨半徑的減小而逐漸變小，再轉變為向上方向的速度，在旋流器的中部通過零點；在溢流管底端以上的各水平面靠近溢流管壁附近，軸向速度下降，見圖2.3所示。通過液體軸向速度為零的各點，可以描繪出一個圓錐形的表面，即零軸速度包絡面。該面內部液體向上運動，形成內旋流，而在其外部的液體則向下往底渡口方向運動，形成外旋流。
(3) 徑向速度分布
在水力旋流器內液體的三維運動中，相對而言，徑向流動的研究不夠充分。徑向速度在水力旋流器的三維速度中最難進行試驗測定的。由于個研究者采用的前提假設和實驗條件不一樣。曾使徑向速度的研究結果出現分歧，但現在對徑向速度的分頁規律已經有了統一的結論。
kelsall由切向速度，軸筒速度和液體的連續性方程而換算得到了一個點的徑向速度，結果認為液體相徑向速度在旋流器壁處 ，趙向空氣柱，并在某一點降到零，整個半徑方向上速度方向不變，其數值分別比軸向速度和切下速度小一到兩個數量級。他的這一結論被后來許多研究者用激光洞法實測的數據否定，但在此前卻被當作權威性結論引用了幾十年。
后來徐濟潤等、孫起財等、曾先后分別用激光多普勒測速儀對水力旋流器內液體徑向速度作了實測研究，并作了理論上的分析，認為kelsall關于徑向速度的結論對常規結構是不適用的，常規結構旋流器的徑向速度分布應是；隨著徑向位置從器壁趨向軸心；內旋流取得徑向變化幅度比外旋流區的變化幅度大。如上圖2-4液相徑向速度與回轉位置半徑的關系可用如下公式表達。
(4)旋流器內的短路流與循環流
流體沿任意固體壁面流動時都存在流動邊界層，流動邊界層的流體速度很低，對液體流動邊界層在壁面處的流速為零，沿壁面法線處流速逐漸增加至液體主體流速，一般取流速為主體流速的99%時的位置位邊界層的邊界。在水力旋流器中，液體的邊界層主要是指旋流器頂蓋處于旋流器的邊界層。
在固液旋流器進口處，從旋流器邊緣沿切線進入的流體進入旋流器后，大部分形成主體流動，流體攜帶的固體顆粒則大部分在主體流動中得了分離；但由于固體邊界的存在，一部分液體形成邊界層，這部分液體所包含的顆粒則不能 分離而直接進入溢流或底流。短路流包括繞過溢流管外壁即下端而進入 的這部分流體以及沿旋流順的器壁向下進入底流的流體，其中對于固液分離來說短路進入 的這部分流體重所夾帶的固體顆粒，正常情況下本來應該分離掉，而從底渡口流處的那部分比較大的固體顆粒，因為短路流布沒有被分離掉；沿旋流器底器壁的向下從底流溢流口短路流夾帶的固體顆粒一般都是比較細小氣鬼比較驗分離的顆粒，而且所占的比例很小。因此從溢流口短路的液體對旋流器分離性能產生的影響比較大，而沿旋流器壁進入底流的那部分短路流對旋流器的分離性能的影響可以忽略不計。
通過在溢流管根0部安置環狀的截留管測出短路流量約占總流量的15%，而循環流約占總流量的20%-30%，而且循環流內夾帶的大部分是中等粒度的顆粒。后來，kelsall和pulling用失蹤劑法也證明了短路流和循環流的存在。20世紀80年代以后，bloor和ingham對水力旋流器液流運動進行了一系列理論分析工作，其中也包括短路流的問題。首先他們根據邊界層的理論，曾得出典型的短路流流量占總%的結論；之后他們由蓋頂邊界層的厚度及邊界層內的流量提出了計算邊界層厚度以及邊界層的流量的數學模型。徐濟潤等根據這種，對普通旋流器，短路流占總流量的25.1%，加厚溢流管壁后，短路流的比例降到了14.5%關于循環流，目前沿無定量模型進行描述。
值得指出的是目前針對短路流和循環流的討論是針對固液旋流器的。對于液液旋流器，頂蓋處的短路流不會影響分級效率，因此目前沿未見到專門討論液液旋流器的操作性能的影響也處于相對次要的地位，因此也很少有這方面的報道。
