近年来,海洋油气工业的大力发展对气液分离技术提出了紧凑、高效、低耗的新要求,但目前的紧凑式气液分离器大多存在压降过大或结构复杂、运动部件易出故障等不足。本文通过数值模拟和理论分析提出了轴流导叶式旋流分离器的结构方案,对其流场特征及分离性能进行了深入研究,为其工业化推广奠定了基础。主要研究内容和结论如下：以旋流分离的基本原理为基础,对轴流导叶式旋流分离器的结构进行了初步分析,建立了轴流导叶式旋流分离器内部流场的几何模型,通过CFD软件FLUENT,采用RNGk-ε湍流模型,研究得到分离器的结构变化对气体单相流场特征参数的影响规律,采用离散相模型(DPM)模拟研究液滴在气相流场中的运动特性,得到分离器的结构参数及气液流量变化对分离效率的影响规律。据此得到分离器的基本组成部分：螺旋形入口导叶、锥形内部挡筒、壳体、集液腔及出口扩张段等。研究发现,分离区内部设置挡筒是可行的,既可阻止出口处的气体漩涡反向扩散,又能够提高流场的强度和稳定性,从而改善分离效果；分离器入口导叶入射角度β增大使流场的旋转强度与压降均增大、分离效率升高,而导叶叶片数目Nv对分离效率影响很小；当分离器内外筒锥度一致时,流场最为稳定,且分离区长度越长、锥度越大,分离效果越好,出口扩张段的压力恢复作用也越明显；若排液间隙大于排气间隙,会导致后者压力较低,液滴无法达到排液间隙,分离效率低下。上述规律为分离器结构参数的选择提供了依据。基于分离器的分离过程和结构稳定性要求,设计制造出轴流导叶式旋流分离器原理样机,对其分离性能进行了实验评价。实验研究表明,对于同一种入口导叶,液相流量不变时,分离器的压降及分离效率均随着气相流量的增大而增大；当气液相流量不变时,β越大,分离器的压降及分离效率就越大,而且随着气相流量的增加,β增大带来的分离器压降升高幅度越来越大,但对分离效率的影响程度逐渐减弱；在气相流量不变情况下,随着含液量的逐渐升高,分离效率逐渐增大,气液质量流量比越大,液相流量的升高造成的分离器压降下降现象越明显。实验结果与模拟研究得到的规律一致,说明本文采取的数值模拟计算方法是可取的。本文研制的轴流导叶式旋流分离器样机在大量实验研究中表现出良好的分离性能和稳定性,其分离效率仍存在巨大的提升空间,具有十分广阔的推广应用前景,对油气生产工业具有重大现实意义。