油田含聚采出液由于聚合物的存在大大增加了油水分离处理的难度,水力旋流器由于结构简单、处理速度快与分离效率高等特点,被石油化工等行业广泛利用。因此掌握含聚合物工况下旋流器内油滴聚结特性与运移规律对于解决油田的油水处理难题具有重要的现实意义和工程应用价值。首先对旋流分离技术、非牛顿流体旋流场、旋流场内油滴的聚结破碎与运移轨迹的研究进展分别进行总结。根据流体力学理论与计算流体动力学数值计算方法,展开具体的研究内容与方法。以螺旋导流内锥式水力旋流器为研究对象,应用Solidworks、Gambit与Fluent软件对其进行建模、网格划分与网格独立性检验,对浓度为100～700mg/L的聚合物溶液进行流变特性测试,回归分析则采用幂律流体模型,得到其流变方程来对含聚工况下旋流器内流场的计算进行修正。利用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)对在入口油滴粒径偏小情况下,不同聚合物浓度(100～700mg/L)对旋流器内黏度场、速度场、压力场、油滴聚结特性与分离性能的影响进行研究,发现旋流器内的油滴聚结与分离效率受聚合物浓度影响较大,随着聚合物浓度的增加,黏性阻力增大,油滴受到的离心力减小,部分油滴在边壁附近发生聚结后从底流口流出,油水分离效率逐渐降低;在聚合物浓度为500mg/L的情况下研究了入口流量、分流比、含油浓度与油滴粒径对油滴聚结与分离的影响规律,总结出在含聚工况下适当的提高以上操作参数,可以增大油滴在旋流器轴心处的聚结几率,从而提高分离效率。利用离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)对旋流器内油滴运移轨迹与分离效率进行研究,发现聚合物浓度的增大会延长油滴在旋流器内运移的轴向距离与运移时间,且油滴在x与y方向上的速度幅值也随之减小,增大了油滴分离的难度,而增大入口流量与油滴粒径可以在含聚工况下提高油滴的捕获效率,随着流量由1m~3/h增大至5m~3/h,溢流捕获的油滴数由176个增加至367个,且油滴各方向上的运动速度均有所提升,在旋流器内停留时间也随之减少,油滴的粒径对旋流器溢流捕获油滴数影响则更为显著,当油滴粒径增加至0.5mm时,旋流器溢流口对油滴的捕获效率达到97.03%。