轴流导叶式气液旋流分离技术已在工程实际中得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益。但是，目前对这种分离技术的工程应用较多，而气液两相流动与分离的基础研究偏少，使得工程设计往往带有很大的经验性成分，无法适应工艺条件的变化，还没有完全发挥出这种分离器的优点与潜力。本文以实验研究为基础，先进的测量技术和数值计算为手段，发展中的现代多相流理论、湍流原理、计算流体动力学理论和多相旋流分离理论为指导，在最新研制的轴流导叶式气液旋流分离器的结构基础上，对气液旋流分离技术进行实验和理论研究。 轴流式气-液旋流分离器内的流动是复杂的三维强旋多相湍流，气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程，其分离性能不仅受液滴在时均流场中离心沉降的影响，还受湍流场中液滴在脉动速度作用下，相互间的碰撞、团聚、破碎以及液相扩散的影响。本研究采用多普勒激光测速仪对轴流式气液旋流分离器内的时均速度、脉动速度进行了测量，研究了轴流式气液旋流分离器内时均流场的结构和湍流特性。并对流场内各部分湍流的各向异性进行了分析，考察了导叶导角和流量变化对时均流场的影响。结果显示：旋流器内部时均流场切速度呈现为准Rankin涡结果，轴速度由外围的下行流和内部的上行流构成。湍流强度受结构影响严重，在近壁处较大。在分离空间，湍流表现为各相异性。 采用Reynolds应力模型（RSM）对轴流式气液旋流分离器内部湍流场进行了数值模拟。并将数值计算结果与流场实验测定结果进行了对比，结果显示：RSM模型得到的旋流器内时均速度与实验数据完全吻合，预测的流场内压力差要大于实验数据，但分布趋势完全相同，RSM数值计算旋流器内各向脉动速度与LDV实验数据相差很大，说明RSM模型并不能准确预测旋流场内的湍流特性，还需进一步完善。 对三维强旋多相湍流中液滴间的碰撞、团聚和破碎机理进行理论分析，建立了旋流场中液滴破碎、碰撞团聚和碰壁的机理模型，结合离散相模型（DPM）对流场内液滴的随机运动轨迹进行了数值模拟，对分散液滴在旋流场内的破碎、碰撞聚结进行了数值计算，研究了旋流场中液滴的运动、破碎、碰撞团聚的规律，及其对气液旋流分离性能的影响。 最后采用数值模拟计算和实验研究相结合的方法，对旋流器结构和性能进行优化。结果显示：以数值计算结果为依据，对新型旋流分离器的流场、压降和效率进行分析评估，可以节省实验时间和经费，为旋流器性能和结构优化设计提供了新的方法。