近年来,应用计算流体力学(CFD)的原理和方法对水力旋流器内部流场和分离特性进行数值模拟受到越来越多的重视。采用基于有限体积法(FVM)的大型商业CFD软件——FLUENT,作为除油水力旋流器三维数值模拟的研究工具,对除油水力旋流器的几何结构进行分析,总结出了一套网格划分的方法;依据CFD的基础理论与湍流模拟理论,合理地确定了数学模型、边界条件、对流-扩散项的离散格式和压力-速度耦合算法;结合流体力学中的涡流运动和组合涡理论以及水力旋流器内的流动特性,以清水为介质实现了20mmThew型旋流器内的流场和湍流标量场的全景式模拟;然后对除油水力旋流器的主要结构参数和操作参数逐一进行了模拟分析,得到了它们对流场的影响规律。在确定了CFD方法和成功模拟单相流场的基础上,进一步引进两相流模型,得到了20mmThew型旋流器的油相浓度分布场、流量与分离效率的关系、分流比与分离效率的关系和粒级效率,通过实验验证,其模拟的分离效率与实验测试效率的相对误差未超过5%,可见采用FLUENT软件模拟旋流器的分离性能是可行的;然后又将其内的油水分离过程处理为非稳态的过程,计算得到了油水两相由混合均相来流在旋流器内逐渐分离、聚结、运移并最终形成稳定油心的过程,揭示了大小锥段是影响分离效率的重要部位;对不同锥段型号的除油水力旋流器进行模拟和实验验证,得到了锥段对油水分离影响的规律。最后,从当前除油水力旋流器的设计现状出发,提出了基于CFD的优化设计原则。综合上述,所建立的数学模型、使用的计算方法和提出的优化原则为进一步研究除油水力旋流器的分离机理、流场特性以及结构优化设计提供一定的理论基础和经验。