旋流式分离器具有结构简单、成本低廉和分离效率高等优点,广泛应用于油气田生产过程中。本文利用理论分析、数值模拟相结合的方法研究了三相旋流式分离器内部流场的分布情况,并对其结构参数进行优化。主要研究内容如下:(1)本文通过理论分析建立分离器的初始模型,使用计算流体力学软件FLUENT对初始模型进行数值模拟,采用雷诺应力模型(RSM)分析了分离器内部气相流场的速度、压力等物理量的分布规律,并对轴向零速度包络面进行了相关讨论。(2)采用相间耦合的随机轨道模型在Euler-Langrange坐标下对气液两相进行数值模拟,分析了单个液滴与液滴颗粒组的运动轨迹,发现不同粒径、不同入射位置的液滴运动轨迹都不相同,且在初始模型内部发生了短路流、返混等不利于分离效率的现象,需要对分离器进行优化。(3)针对初始模型的不足,制定优化方案,对旋流式分离器液固出口结构参数,例如底流管高度、底流管直径、锥筒段高度进行优化模拟分析,最终确定最优结构模型。(4)在气液两相流动数值模拟的基础上采用Mixture多相流模型对经过结构优化后的旋流式分离器进行气液固三相数值模拟,分析其浓度、速度、压力等物理量的分布情况,与初始模型进行分离性能的对比讨论,并研究了不同进口流量工况下旋流式分离器的分离效率与压力损失,确定了优化后的旋流式分离器的最优进口流量区间,确保分离器高效运行。本文通过以上的研究,为进一步分析三相旋流式分离器分离机理、分离特性以及结构优化提供了一定的理论基础与借鉴,为工程上设计出高效的三相旋流式分离器提供了参考。