随着我国油田资源开采进入中后期，油田采出液含水率不断升高，部分油田采出液含水率高达95%以上。高含水条件下，油相以液滴形式存在于采出液中，增加了采出液的处理成本和难度。目前，采出液处理主要分为预分离和含油污水处理两大环节，如果能够在上述环节中优化工艺，就能够有效降低油田的生产成本，提升经济效益。

离心分离法因其具体处理效率高、适用范围广等优势，在工业中应用较为广泛。根据来液进入方式的不同，液液旋流分离器可以分为切向入口式和轴向入口式两种，其中轴向入口式旋流器具有处理量大、重量轻、体积小等优点，适合在海上平台等一些特殊环境下使用。本文为提高轴向起旋式旋流器的分离性能，扩大其适用范围，对分离过程中存在的分散相颗的破碎、聚并和粒迁移等关键科学问题，采用实验测试和数值模拟相结合的方法进行了系统地研究。

实验研究中，搭建了应用于轴向启旋旋流分离器进行油水两相分离模拟的循环系统，分别采用压力传感器和马尔文在线粒度测量仪对旋流器各个关键位置上的压力和油滴粒径分布进行测量。然后，依据实验工况及测试结果对不同的湍流模型和多相流模型进行了对比分析，最终确定了以Eulerian模型、RNG k-ε模型和Luo模型的模拟方案。

通过研究得出，轴向入口旋流器在启旋装置前后的压降较大，压降大小与来液流量成正相关关系。经过启旋装置后，旋流器内的切向速度在距管道中心40mm处达到最大，最大切向速度约为混合来液流速的2.2倍。随着流量增加，分散相油滴的聚并效率先增加后下降，针对本文研究的结构尺寸，在来液流量为14~16m³/h时，聚并效率最高。这是由于流量的增加不仅提高了离心力，同时也增加了剪切力，造成大油滴破碎，在一定程度上降低聚并效率。增加来液中油相含率，可以提高油滴碰撞的概率，更易于形成大油滴；但同时增加油相含率也会使部分油滴在流动过程中发生乳化，增加分离难度。破乳剂有利于降低乳化现象，但效果受流速的影响，需要根据流速和含油率等参数对破乳剂进行筛选。油水界面张力以及油水间密度差的增大，有利于提高油滴碰撞效率以及碰撞概率，对油水分离有着积极作用。提高油相粘度会降低碰撞效率。这是因为粘性力会削弱离心力的作用，同时，提高来液中的油相粒度，可以显著提升旋流器内大油滴体积分数，提升油水分离效率。另一方面，通过改变导流片数目和锥段直径，开展了旋流器启旋装置结构参数对油滴聚并影响的研究，发现启旋装置导流叶片数为6片时，聚并率最大；启旋装置锥段直径为60mm时，旋流器内压降、切向速度幅值以及油滴聚结程度都最高。

上述研究成果可以为轴向启旋式旋流器的工业化应用和推广提供理论支持，有效提升原油开采中油水分离和污水处理的效率，实现经济化开采。