目前我国大多数油田都已进入中、高含水阶段,油井采出液的含水率普遍达到70%以上。随着采出液含水量的提高,油田现有处理设备的负荷增加,油田经济效益降低。为此,本文提出一种新型的轴流式油水旋流分离器,用于高含水原油的预分离处理,以提高油水分离效率、降低压降。本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法,确定适合油田现场的最佳分离器结构。在国内外研究基础上主要做了以下工作:基于旋流分离理论,建立了轴流式液液分离器初始几何模型,利用响应面方法和CFD技术对导流叶片进行了多目标优化,以提高轴流式油水分离器的性能。首先与已有文献进行比较,验证了本文数值模拟方法的正确性。之后利用筛选试验从导流叶片的七个几何因素中筛选出其中四个主要因素,并采用响应面方法成功建立了这四个因素的二次响应面模型,同时运用期望函数方法优化了导流叶片的尺寸。利用Fluent仿真软件对传统6°锥角旋流器的流场进行分析,得到了速度场、压力场和速度矢量图的分布规律。进而选择优化溢流管和旋流器外管的结构,发现对于小粒径油滴的分离,如35μm,应选用双锥型旋流器;粒径较大的油滴应选用单锥型旋流器,并针对小粒径油滴的分离设计了两种新型的底流管结构,进而研究了各种结构变化对旋流器内部流场以及综合性能的影响。为了提高小粒径油滴的分离效率,本文所选取的轴流式液液分离器样机最终模型结合了双锥管、新型底流管结构,并且通过数值模拟计算分析了油相粘度、油相密度、油滴粒径变化对旋流器样机流场、分离效率和底流压降的影响。自主搭建了以轴流式液液分离器样机为核心的油水两相流实验环道,对分离器进行了室内实验研究。通过比较模拟和实验所得的底流口压降曲线,再次验证了数值模拟方法的可靠性。同时探究了分流比、入口含油浓度、叶片中心柱形状、流动方式变化对旋流器分离效率和底流压降的影响。与传统的油水旋流分离器相比,本文所研究的分离器采用新型底流管结构并装有导流叶片,尤其适用于小粒径油滴的分离,降低了后续处理工艺的复杂度,且其结构紧凑、分离效率高,因此,具有较高的工程应用价值。