随着世界范围内油田开发活动的不断开展,采出液含水率持续提高,传统的含油污水处理设备处理效率低、面积大、不能高效的对污水进行处理。需要升级现有的污水处理设施,特别是海上油田对紧凑型污水处理设备的需求更为迫切。本文以内筒外旋式结构为基础设计了气浮旋流装置,从装置的结构设计,物性参数对其油水分离效率的影响,装置的结构优化,和特定除油效率范围下油滴和气泡粒径的匹配程度等几个方面着手,对改善现有气浮旋流装置结构和促进其工业应用有积极意义。主要研究内容和结论如下:利用计算流体力学数值模拟软件FLUENT对气浮旋流装置内部流场进行模拟计算,研究了入口切向速度、分流比、环空流道宽度、环空流道高度四个因素对装置油水分离效率的影响规律。结果表明,当入口切向速度从1 m/s逐渐增大到6m/s时,入口切向速度越高,有利于提高流场内流体的速度差进而提高油水分离效率。环空流道高度在一定范围内相对于其他因素对旋流器油水分离效率的影响较小。当环空流道宽度逐渐增大时,油水两相的分离效率呈现先增大后减小的趋势,在宽度为80mm时分离效率最高。当分流比慢慢增大时,气浮旋流装置的分离效率先增大后减小,在设置分流比参数为18%时,分离效率达到最高。针对气浮旋流装置主要结构优化的设计,利用流体力学计算动力学等理论结合正交设计试验形成完整的设计方法,在保证装置油水分离效率的同时优化了切向入口直径、高径比和稳流筒内径等主要参数。针对气泡与油滴粒径的匹配程度对油水分离效率的影响做出了分析研究,结果表明,在一定大小的气泡直径范围内,随着气泡直径的增大气泡对油滴的浮选性能在逐渐下降。在固定油水分离效率的条件下,当含油浓度较低时,随着油的浓度增加,油滴的数量“捕捉”向上,气泡数量在径向上会增加,然后大尺寸气泡的碰撞机率会增加,并且可以参与油滴粘附的气泡直径范围会变大;当含油浓度较高时,随着含油浓度的增加,碰撞就会从有规律变为无规则,大尺寸气泡发生碰撞的可能性降低,气泡可以被油滴浮选的直径范围就相应地收缩。