随着我国对海洋石油资源开发利用的力度不断加大,海上溢油事故频繁发生,如果不能快速、高效地对溢油进行处理,就会对海洋生态环境造成严重污染。为提高溢油处理过程中油水分离的快速性和高效性,同时使整个处理工艺更加简单紧凑,本文研究了一种新型油水分离设备——错流过滤式水力旋流器。该设备集旋流、过滤为一体,并且在分离机理上起到相互促进的作用,功能也由单一化转向多元化。因此,开展对错流过滤式水力旋流器的研究对海上溢油快速高效处理具有很高的工程实用价值,而目前已有研究工作的重点集中在设备用于含油污水处理的可行性方面,对于结构及操作参数的优化目前还鲜有涉及。为对错流过滤式水力旋流器的结构设计提供理论依据,本文首先对常规双锥型水力旋流器的内流场粒径分布进行了数值模拟研究。采用CFD-PBM(群体平衡模型)数值模拟后发现:在常规双锥型水力旋流器内,当入口流量超过一定值(本论文模型为1.5m3/h)后,油滴颗粒的平均粒径不再增大反而减小;随着油相黏度的增加,油滴颗粒的破碎和聚结效果都将减弱;同时聚结效果随溢流分流比的增加而降低。该结论与已有实验研究所得结论吻合,模拟方法可靠。然后基于错流过滤的基本结构方案和常规双锥型水力旋流器的结构特点,确定了错流过滤式水力旋流器的初步结构,进而采用响应曲面法对关键结构进行结构优化,最终确定了错流过滤式水力旋流器的最优结构参数。通过对优化后结构进行分析发现:错流过滤式水力旋流器多孔过滤材料内外存在一定的压力差,且液体在透过多孔过滤材料时压力变化呈现较好的线性关系;入口流量、入口油滴粒径、黏度均对错流过滤式水力旋流器的底流口油水分离效率有明显影响,而对过滤流口油水分离效率影响不大。通过将错流过滤式水力旋流器和与其结构参数完全相同的常规双锥型水力旋流器进行对比后发现:在尾管段内,常规双锥型水力旋流器的压力在边壁处达到最大,而错流过滤式水力旋流器的压力在距离边壁有一段距离的时候达到最大,然后开始减小;错流过滤式水力旋流器内各截面的最大切向速度均小于常规双锥型水力旋流器;错流过滤式水力旋流器的过滤流口油水分离效率在不同入口流量和入口含油浓度条件下均比较稳定,且均保持在很高的水平,表明了错流过滤式水力旋流器过滤流的性能优势。本论文从“原理→结构→性能”的角度对错流过滤式水力旋流器开展了相关的数值模拟研究,为海上溢油处理用油水分离设备的升级换代、提高溢油处理设备的油水分离效率提供了必要的技术支持。