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。

基于Fluent软件中BSM模型，利用内嵌固液旋流器开展了固相颗粒粒径以及含量的数值模拟．也对旋流分离器内固相颗粒体积分布、速度场以及分离效率进行了研究。通过对数据的处理可以看出：旋流器除砂效率随着颗粒粒径的增大而提高；同一位置径向速度随着粒径的增大而增大．切向速度和轴向速度基本不随粒径而改变；且随固相含量的增加，旋流器分离效率呈先增大后减小趋势，在固相含量高于70g／L时旋流器分离效率高于95％。该研究对两相旋流分离器结构设计和改进具有参考价值。

一体化二次分离旋流器是在单体旋流器内部进行二次分离的一种新型旋流器。利用正交法,基于计算流体动力学软件,分别对一级溢流管长度、圆柱段长度、二级溢流管伸入长度、二级锥段角度、底流管长度等结构进行优选。设置油相体积分数为2%、油滴粒径为30μm的混合液作为研究介质。首先采用单一指标的方法找出分离效果最优的结构,然后将优选后的结构与初始结构进行了对比验证。此方法可为水力旋流器的结构参数优选提供参考。

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。

主要研究了一体化二次分离旋流器结构的初步设计,利用正交试验法,检验一级溢流口直径、二级溢流口直径、底流口直径对旋流器分离效果的影响。确定分离效率为正交试验中的指标,针对试验结果分别利用直观分析法和方差分析法进行分析,验证2种方法的一致性,并对因素进行了显著性检验,发现在研究范围内3种因素均对旋流器整体的分离效果无明显影响。

基于计算流体力学（CFD）软件Fluent中的雷诺应力模型（RSM）,对4种不同单向入口油水分离旋流器进行数值模拟分析,对比了4种结构的压力损失、湍流强度、切向速度和除油效果。结果表明,入口结构对油水分离旋流器的分离性能影响较大。在本研究范围内,收缩形入口旋流器（结构B）分离效率最低,为83.2%;螺旋线形入口旋流器（结构C）的分离效果最理想,可达到92%以上,且压力损失和能量消耗比渐开线形入口旋流器（结构D）的小。本文可对油水分离旋流器入口结构的设计和改进提供参考。