在海洋油气资源混输过程中,流场中的水相受自身或外界因素影响,会析出聚积在管道底部形成液膜,这对管道寿命和油品质量会造成重大影响。轴向启旋技术是一种油气水管道式分离方法,其借助导流结构生成旋流场,以旋流分离代替重力沉降,具有效率高、占地小等优势。本文将此技术引入到长输管道低点液膜的处理问题中,并提出凸型螺旋导流结构,为探究其工作性能及流场特性,采用实验研究和数值模拟相结合的方式,开展了系列研究工作。首先,搭建了油-水两相流动循环系统,管道内径为50mm,坡度为10%,油相选用白油,水相选用生活用水,开展了凸型螺旋导流结构管道内输运油相对聚积水相的携带及流场测试。其次,对流场进行模拟,选用雷诺应力模型(RSM)、VOF多相流模型、速度入口和压力出口边界条件、半隐式连接压力方程方法(SIMPLE)等进行非稳态求解,油水两相设置与实验保持一致,研究不同流量条件下油相对水相的携带及流场特性;最后,对离散相进行模拟,使用离散相模型(DPM)模拟液滴运动,通过Taylor相似模型(TAB模型)和O’rouke的聚并模型模拟液滴破碎聚并行为,研究不同流量条件下液滴的运动与特征粒径的变化。研究发现:水相在旋流场中会被卷起携带,携带时间与流速近似呈指数关系;旋流场生成后在下游2倍管径距离内发展至最强,并可维持24倍管径距离,流速越大旋流场越强;速度幅值在导流区中心位置最大,超过入口流速的3倍,轴向和切向速度在导流区横截面上均呈扇叶形分布,压力在导流区中纵剖面上呈倒钟形分布。对于离散相液滴,在旋流场稳定之前,液滴以碰撞聚并为主,之后以破碎行为为主,最小粒径在离开导流区时会断崖式减小;高流速时,相对速度变大,更易激发液滴破碎聚并行为,液滴在旋流场中聚并行为更明显。本研究可为处理管内水相液膜问题提供了新思路,同时本研究成果进一步揭示了轴向启旋方法的机理和规律,一定层面上推动了管道式分离技术的发展。