深海油气田的开发使油气分离设备的重要性凸显,海底油气分离能够显著降低开采成本,减少水合物生成,延长输运距离。传统的容积式气液分离器由于体积笨重,制造成本高昂,在深海环境下应用受到限制。管柱式气液分离器(Gas-Liquid Cylindrical Cyclone,简称GLCC)具有无内构件、结构紧凑、易于操作等特点,在海洋石油开采领域展现出良好工业应用前景。但GLCC内部气液两相流动复杂多变,目前还缺少能够准确预测分离性能的方法。本文重点关注GLCC气相分离性能,改变入口喷嘴结构和液相物性,利用实验方法对GLCC下部筒体流型和液相出口管含气率的变化规律进行研究,主要结论如下:(1)对空气-水两相体系,下部筒体流型可划分为无气核、不稳定气核、稳定气核和下凹气核四种,流型的变化主要受液相流量的影响。对于液相介质为导热油和甘油溶液时,由于导热油自身的颜色和甘油溶液的发泡现象,无法对其流型进行直接观察。(2)喷嘴结构影响进入GLCC的气液相速度,在截面积最小的3#喷嘴下,液相出口管含气率随液相速度增大出现先增大后减小的情况。进入分离器筒体的液相速度增大到一定程度后,旋流强度增大,气泡的旋流分离作用大于液相携带作用,气泡的带出开始减少。(3)对于水和导热油,提出无量纲准数S来反映液相出口管含气率的变化规律;对于甘油溶液,引入无量纲准数S~*来描述液相出口管含气率变化规律。得到的计算公式对于液相出口管含气率的预测最大误差分别为15%和10%,满足工业应用的需要。