为解决稠油因黏度及密度较大而难以实现油水分离的问题,借助轴流螺旋式分离器研究稠油分离性能,并利用群体平衡模型和box-Behnken design对结构进行优化设计。研究表明与溢流管插入深度相比,轴流螺旋式分离器的旋流腔长度、螺旋流道数、锥角及溢流管直径对油水分离性能有更大的影响;螺旋流道数和锥角对除油效率的交互影响大于其他结构参数,而螺旋流道数和溢流管直径对压降的交互影响更大;分离器优化后的除油效率为85.44%(增大3.56%)、底流含油体积分数为2.01%(降低0.3%),溢流、底流压降分别为0.724 MPa(降低0.234 MPa)和0.348 MPa(降低0.337 MPa)。设计得到的轴流螺旋式分离器可为稠油采出液分离装置设计与应用提供重要参考。