液-液旋流分离器作为分离设备在石油工业、船舶工业、水处理工业等领域有着广泛的应用。而其在应用与某些工况时,要求结构绕其自身轴线旋转,如将旋流器应用在井下油水分离过程中,与螺杆泵配合使用时,旋流器单体随螺杆泵转子一起转动,本文针对液-液旋流旋流器绕自身轴线旋转这一问题展开进行研究。旋流分离器虽然结构简单,但其中的流动与分离过程却相对复杂,主要分离段为变径圆管结构,不仅是典型的多相湍流而且是有回流的强旋流动,如果再绕其自身轴线做旋转运动,必将使内部流态变得更加复杂。绕轴旋转液-液旋流分离器同时具有传统静态旋流分离器和旋转管流的流动特点,在流动过程中,旋流器内的角动量守恒螺旋流与壁面旋转效应相耦合,使旋流器内速度分布,压力分布及湍流动能的分布等流动特性都发生变化,从而对油滴的运移及分离效率产生影响。数值模拟技术是考察内部流场涡流运动、湍流特性及油滴运移轨迹的有效方法,在静态旋流器中已经得到了广泛的应用,并取得了良好的效果。本文基于两相流理论和湍流模拟理论,在柱坐标系下,建立绕轴旋转旋流分离器内液-液两相湍流的数值计算模型;合理确定对流-扩散项的离散格式、压力-速度耦合方法及液-液两相的拖曳函数;基于边界层理论,运用非平衡壁面函数法对壁面低雷诺数区进行处理,对井下用28mmThew型旋流器的内部三维流场进行数值模拟研究。深入研究旋转壁面条件下,内部流场涡流特性及两相介质的分离特性,与静止壁面条件下旋流分离器内的流场分布进行比较,考察转速、流量、分流比等操作参数变化对二者内部流场速度分布规律、压力降和分离特性等的影响,得出变化规律。运用数学方法,进行数值模拟结果分析,对切向速度,轴向速度分布及压降和流量关系进行曲线拟合,得到不同转速条件下的的拟合关系。数值模拟研究有诸多的优点,但其可靠性还需要利用实验研究结果来检验。因此,本文针对绕轴旋转旋流分离器的特点,设计并建立了一套绕轴旋转旋流分离器的实验研究系统,进行实验研究,得出不同操作参数下的压降及分离特性。采用统计分析方法,对实验数据进行分析,得出影响压降及分离效率的主次因素,对静态旋流器在井下与螺杆泵配合使用的工况时,结构分离性能及能耗损失进行系统的评定。将实验得到的压降和分离效率数据与数值模拟结果进行对比分析,检验了所建立的数值计算模型及运用的数值计算方法的的正确性。综上所述,本研究通过数值模拟方法,结合实验研究对绕轴旋转旋分离器的内强旋湍流流动规律、两相介质的分离特性及结构的能耗损失进行研究,并将静止与旋转壁面条件下,旋流器内部流动特性进行预测和评价。研究成果可为液-液旋流分离器在旋转工况下的应用提供理论依据,拓展旋流分离技术基本理论的应用范围,同时也可以作为同类流体机械内流动规律的基础研究。