气-液旋流分离技术被广泛应用于石油化工、航空航天等领域,气液旋流分离器运行过程中需要动力输入,往复泵等动力源在运行过程中瞬时流量呈现脉动输出状态,此外连接管道内流体的共振和流量控制装置的周期性振荡也会产生流体脉动流动。因此该种工况下气液旋流分离器入口流量呈现出脉动变化形式,旋流分离器内部流场分布规律较稳定流量下存在较大差异,导致气液分离性能的明显改变。常规的气液旋流分离器大多适用于入口流量恒定的条件下,针对入口流量脉动变化条件的气液分离性能难以保障。因此研究脉动条件下对气液旋流分离器流场特性以及离散气泡聚并与破碎的动力学行为,对于揭示旋流场内气液分离机理,进而指导适用于脉动条件下的新型气液旋流分离器设计意义重大。本文建立传统气液旋流分离器流体域模型,研究入口流量分别为恒定值和脉动变化条件下,气液旋流分离器内部气相体积分数、速度和压力变化规律,通过对比分析掌握脉动进液对气液旋流分离性能影响的主要因素。基于旋流分离理论和入口脉动条件下气液两相流在旋流器内的分布规律,设计一种适用于入口脉动进液条件下的稳流式气液旋流分离器结构。运用计算流体动力学方法,基于流量在3.72m~3/h-4.28 m~3/h范围内变化,对稳流式气液旋流分离器内部流场特性及分离性能进行数值模拟分析,掌握不同脉动频率、振幅、气液比及分流比对稳流式气液旋流分离器内部速度场、压力场、浓度场分布特性的影响规律。在相同脉动进液条件下,稳流式气液旋流分离器与传统的管柱式气液旋流分离器相比,分离效率提高15.93%。基于脉动进液条件下气液旋流分离器的气液分离效率随时间的变化规律,形成适用于脉动条件下稳定周期内气液分离效率的无量纲评价方法。结合形成的无量纲分离效率计算方法及正交试验方法,掌握不同操作参数和不同脉动参数对分离效果的影响规律,得出在特定工况下稳流式气液分离器的最佳结构参数,在此参数下分离效率达到90%。根据优化后的稳流式气液旋流分离器尺寸和结构,试制室内可视化试验样机,借助高速摄像实验技术,构建基于脉动进液条件的气液两相旋流分离过程可视化实验系统。运用图像轮廓识别技术,对整个脉动周期内的流型分布进行辨识划分,并以截面含气量为评判指标,构建脉动进液条件下气液两相流流动结构形态的评价模型,为揭示入口脉动进液条件下旋流分离过程中的气液两相流动规律及分离机理提供参考。利用可视化实验装置,以脉动流场中的离散气泡为研究对象,系统分析脉动进液条件下气泡间碰撞聚并、剪切破碎与拉伸分裂等动力学行为,掌握影响气泡运移行为对分离效率的影响规律。构建脉动进液条件的气液分离性能测试室内试验系统,基于优化后的稳流式气液旋流分离器结构,开展脉动条件下的气液旋流分离性能试验研究。针对不同稳流管形式和不同倒锥形状对分离效率的影响分别开展实验测试,确定稳流式气液旋流分离器的最佳结构参数,实验得出的最佳结构参数与正交试验结果相一致,验证了正交试验结果的准确性。开展不同分流比、气液比、脉动频率条件下的气液分离性能实验,得出脉动条件下稳流式气液旋流分离器的最佳操作参数。室内试验结果表明,模拟结果与试验测试结果呈现出了较好的一致性,验证了稳流式气液旋流分离器结构设计的合理性以及数值模拟结果的正确性,为气液旋流分离器的结构设计及性能评判提供理论依据。