针对废旧铅酸电池极群组破碎后的铅膏与其他杂质分离问题,构建了固-液分离旋流器中液固两相流的湍流模型。揭示固-液分离旋流器溢流管的深入长度、溢流管管壁厚度、排砂口直径与预分离区域高度对分离性能的影响规律,利用正交试验对比进行了分析与研究。通过对正交试验设计方法进行对比分析,得出排砂口直径对旋流器分离效率影响最大,预分离区域高度次之,而溢流管管壁厚度最小。选择最优参数,建立旋流器数值模型,分析杂质体积分布情况,利用Fluent重新计算得到铅膏杂质的分离效率达到89.03%。建立优化后的旋流器实验样机,将得平均分离效率与数值仿真结果进行对比,最终相对误差较小,仿真模型合理。

以排水采气技术的旋流器为研究对象,介绍了旋流器的基本构造,基于旋流器在当前投放时出现的问题,提出了改进的方法,使得旋流器的投放及取出都极为方便,同时,新的结构使旋流器在井底安装得更加稳固,文中用W orkbench给出了三维图及C A D图。

采用激光粒子图像测速系统（PIV）和计算流体动力学（CFD）的数值方法研究了固液水力旋流器的锥角变化对旋流器内轴向速度场、切向速度场分布以及旋流器分离效率的影响。模拟结果表明，锥角的减小对小颗粒固体的分离有促进作用，但过小的锥角却会使锥段内的涡流强度增加，降低分离效率，针对不同的柱段结构参数，应具有最佳锥角。模拟结果为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考。

空气柱是固-液型旋流器流场中的一种特有现象，它对旋流器的分离性能有重要影响。采用流体体积函数模型模拟了空气柱的形成与发展过程，探讨了空气柱形成和发展的机理，分析了空气柱对旋流器溢流比、流场湍流结构、能耗的影响，并采用随机轨道模型分析了空气柱与分级效率的之间的关系。结果表明，空气柱导致旋流器溢流比、湍流强度及能耗增大，分级效率降低。为了降低能耗、提高分离效率应尽可能减小或消除空气柱。

基于计算流体力学（CFD）,采用FLUENT中的欧拉两相流模型对原油脱水用旋流器中的两相流场进行数值模拟研究,并通过试验和模拟研究了它的操作性能和分离性能。结果表明,原油脱水过程中,随着含油量的增大,旋流器内轴向速度变化不大,而切向速度沿轴向衰减严重,有效分离区域缩减,且旋流器内存油增多,中心油柱较明显。进料含油50%时,中心油柱的长度约为旋流器总长度的2/3。随着进料含油量的增加,旋流能量损失增大。原油脱水用旋流器的底流压力降随处理量呈幂函数增大。

为了提高水力旋流器的分离效果，提出了一种新型旋流分离装置。根据计算流体动力学方法，应用 Fluent 软件，以同向出流倒锥式旋流器为原型，模拟了一种新型旋流分离装置———聚结—旋流分离装置，并与同向出流倒锥式旋流器进行对比分析。优选出聚结—旋流分离装置的最佳入口流量、入口含油体积分数、切向水相出口分流比。

应用FLUENT流体动力分析软件,对脱水除油一体式液液分离旋流器进行了数值模拟,分析了底流背压、溢流背压对旋流器速度分布、流量分率及分离效率的影响。结果表明,底流背压和溢流背压对旋流器流量分率的影响可归结为压降比的影响;底流背压和溢流背压对旋流器分离效率的影响可归结为底流分率的影响;牛顿效率比传统的除油效率和脱水效率更能全面地表征旋流器油水分离的性能。随着底流分率的增大,牛顿效率先升高再降低,存在一个最佳操作点。研究结果及新的表征方法对旋流器的研究和实际应用具有指导意义。

针对尾矿筑坝用旋流器底流浓度低、细颗粒含量高的问题，提出一种W 底流口旋流器。通过数值模拟和试验对比分析了φ 50mm 旋流器配置W 型底流口和普通底流口时的分离性能。模拟结果表明，采用W 底流口后，流体的轴向、切向和径向速度均变小，离心力减小，停留时间变长，使底流浓度升高，细颗粒含量减少；试验结果表明，底流浓度由62.4% 增大到64.28%，底流中-20 μm 颗粒的含量由20.66% 减小到17.47%。

井下两相旋流分离器能够适应井筒内空间狭小的操作工况,实现油水两相在井下快速分离,具有分离速度快、效率高、结构简单等优点,有效解决大量产出水无效循环的难题。对大庆油田采出液不同含聚浓度样本进行流变特性分析,基于计算流体动力学软件FLUENT,采用雷诺应力模型(RSM),模拟分析了采出液黏度变化对井下两相分离旋流器速度场(切向速度、轴向速度、径向速度)、压力损失和油水两相分离效率的影响。结果表明:含聚浓度300-1100mg/L采出液在旋流器内的表观黏度约为2.5-35mPa·s,随黏度增加,切向速度降低,35mPa·s时,其最大值降幅16%;黏度对分离效率影响较大,9mPa·s时,油水分离效率急剧下降为47.9%。

旋流器的磨损一直是制约其应用和发展的主要因素,为深入探讨旋流器内壁的磨损现象,本文通过FLUENT软件,采用DPM Erosion冲蚀磨损模型对旋流器内部壁面磨损进行了数值模拟,并加以试验验证。结果表明:在旋流器顶板处,颗粒对壁面的磨损在周向较为均匀;在入口环形空间处,撞击磨损为颗粒对壁面的主要磨损形式,方位角30°~60°之间是磨损最严重的部位;旋流器柱段部位磨损程度最轻,颗粒对壁面的磨损分布呈螺旋带状,主要表现冲刷磨损,磨损率在方位角80°~150°时达到最大值;在锥段处,磨损率沿轴向向下逐渐增大,到达底流口时,磨损率达到最大值。