水力旋流器因其特有的多种优势,现已被广泛应用于石油、化工等多重领域。在水力旋流器适用范围不断增大的同时,其相应的理论研究、实验设计、装备制造以及应用技术研究等方面都有了长足的发展。截至目前关于水力旋流器的研究主要集中在对其的流场特性、分级情况、分离性能及操作性能上。而关于旋流器的流场特性研究,经过了数学方法、黑箱法、数值模拟及流场测定。随着研究的逐步深入,以往的研究手段逐渐暴露出了其相应的缺陷和不足。为了进一步分析旋流器内部流场特性,本文突破以往研究方法,将基础理论、数值模拟和实验研究有机的结合起来,实现了旋流器内部流场的可视化分析。对旋流器分离性能的多种影响因素及影响规律进行了直观系统的解释和评价。对增强旋流器的适应性,丰富旋流器内部流场特性理论,促进相关学科发展具有一定的理论意义。本文通过数值模拟手段对油水分离用旋流场内部离散相油滴的运移轨迹进行模拟分析,得出了不同入射位置、速度、粒径等不同状态下油滴在旋流场内的运移轨迹。并通过对其相应轨迹的观察及分析,指导设计出了新型的旋流入口结构,并据此提出聚结旋流思想,并进一步设计出了一种可提高旋流器分离性能的聚结结构。同时从理论上证明旋流器可不改变主体结构通过更换溢流管、底流管等提高处理能力扩展适用区间。本文将粒子成像测速技术与高速摄像技术相结合,对旋流器内部流场开展了可视化研究实验。并通过对实验的合理设计,实现了对旋流场内部离散相运移轨迹的成功探索。并通过可视化实验,得出旋流场内部衍生涡流分布及影响。通过观察油滴在旋流场内运移轨迹,得出了不同粒径大小油滴在旋流场内部的不同运移规律。同时通过对旋流场内部油核的观察分析,得出了油核随流场的变化规律,及其对旋流器分离性能的影响。为了检验和证实本文所得结论,开展室内实验及现场实验,对本文所得结论进行相关探索。并通过室内及现场实验证明了本文所涉及的新结构及理论的合理性和正确性。