在核动力装置运行过程中,为了保证装置的安全、高效运行,往往需要对气液两相混合物进行分离。传统的气液分离设备主要适用于对处于单一、稳定流型下气液混合物的分离,而无法满足对处于多流型下、特别是不稳定流型下气液混合物进行高效分离的要求。因此研发一种适用于对处于多流型下、特别是不稳定流型下气液混合物进行高效分离的新型气液分离器具有重要意义。本论文以空气和水为工质,在专门搭建的气液分离实验回路上开展了一系列分离器的设计及研究工作。实验过程中,通过可视化实验的方式,借助高速摄影仪和普通相机对分离器在垂直和倾斜条件下分离器内部气液两相运动特点及分离器的整体性能进行了研究。对单筒多级式气液分离器分离性能研究结果表明:当分离器上游气液混合物的流型发生改变时,在分离器内气液两相混合物的状态受其影响会发生相应的变化,具体表现为分离器内两相混合物分布和流动特点的变化,这种变化会对分离器的性能产生较大影响,其是制约分离器分离性能提升的而主要因素。此外,提升雷诺数和设置阻力件的方式并不能完全抑制分离器上游气液混合物的流型变化对分离器性能的影响。由于无法避免流型变化带来的影响,依靠单一的离心分离原理无法满足对处于多流型下、特别是不稳定流型下气液混合物进行高效分离的要求。根据上述认识,基于离心分离原理与重力分离原理相结合的思路重新设计了套筒式结构的新型气液分离器。实验结果表明,无论在垂直条件下还是倾斜条件下,新型气液分离器均可满足对处于多流型下,特别是不稳定流型下的气液混合物进行高效分离的要求。此外,为保证新型气液分离器的分离性能,分离器内的液位应维持在上下临界液位之间。