随着水资源匮乏短缺的问题日趋严重,人们对生态环境的关注程度大幅提升,全球对水资源利用和污水处理需求持续增加,提高污水处理的综合能效,加大能源回收力度,探索可持续新工艺,逐渐成为污水处理过程中间接降低碳排放的发展方向。含油污水作为水资源主要的污染源之一,来源广泛、产量巨大、水质复杂。由于多孔介质过滤分离技术处理含油污水过程中会伴有浓差极化和过滤层污染现象发生,导致总过滤阻力增大,过滤速率下降,分离效率降低,过滤材料使用的连续性存在不稳定现象;而以旋流分离技术为核心的离心分离过程中也会因含油污水中油滴的破碎而导致分离粒度的下降和分离效率的降低,无法满足对于小粒度油滴的高效分离目标。因此,为解决上述油水分离过程中存在的诸多问题,本文将表面超亲水-水下疏油铜网过滤分离技术应用到含油污水旋流处理装置上,提出了一种旋流-过滤耦合分离器,利用旋流分离技术原理产生的旋流,在过滤层表面产生较高的剪切力,减缓滤层表面的浓差极化和污染堵塞现象,降低总过滤阻力。同时结合表面改性处理技术实现滤层对于油水两相润湿性的表面选择,强化含油污水的过滤分离性能。具有选择润湿性的滤层分离过滤提高了油水旋流分离过程中的分离精度,使得更小粒度的油滴得以分离,提高了含油污水的分离效率。论文通过分析旋流-过滤耦合分离器的分离机理,从主体结构和过滤层两个方面着手,设计一种旋流-过滤耦合分离器,主体结构采用传统油水分离水力旋流器,混合液由双切向入口进入经旋流腔顶端倒锥稳流后,在双锥结构体内发生分离,由同向出流的溢流管和底流管排出。对主体结构的双锥体部分进行过滤层结构设计,过滤层结构由经过表面改性处理后具有超亲水-水下疏油润湿特性的铜网过滤分离材料组成,实现对含油污水处理后由溢流、底流和过滤流分别收集或排出的目标。从旋转流体运动基本方程、涡流运动基本方程和油滴聚结破碎机理等方面出发,研究了旋流-过滤耦合分离器的流体运动理论基础。以欧拉数和分离效率作为旋流-过滤耦合分离器的性能评价参数,并从质量效率、简化分离效率、综合效率等评价角度进行详细解析。根据旋流-过滤耦合分离器的设计结构,比照相同额定处理量的分离器单体结构,以油水分离水力旋流器为研究对象,在不同处理量条件下,利用激光粒子成像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）、计算流体动力学耦合群体平衡模型（Computational Fluid Dynamics-Population Balance Model,CFD-PBM）数值模拟方法对速度场、压力场、油相浓度和油滴粒径等内流场分布情况进行分析,PIV测试实验结果和数值模拟的流场速度分布规律具有较为理想的一致性。油水分离水力旋流器的分流比、分离效率和欧拉数均随着底流出口压力的增大而逐渐增大,且分离效率的升高梯度逐渐减小,底流口压力的增加使得设备整体能耗升高。由于旋流-过滤耦合分离器的过滤层铜网为固结型多孔介质模型,为了得到不同孔径过滤分离铜网的阻力系数,设计了一套用于测量多孔介质阻力系数的实验系统,通过实验测试和数值模拟相结合的方法,建立了流体在旋流场内多孔介质的流动阻力方程的数学模型,利用计算流体动力学的多孔跃迁模型进行过滤层的数值模拟分析,比较实验测试与数值模拟结果的准确性。通过分析固体表面的接触角和液滴的受力情况,讨论了过滤铜网在表面改性处理前后空气中的水滴和油滴、水环境中的油滴、油环境中的水滴等四种油水混合状态下的接触角变化情况。通过油下水吸附性能和铜网循环使用次数与吸附水量测试,对铜网表面吸附作用进行了分析。通过分析不同油品、不同含油体积分数、不同滤网目数对油水分离性能影响,研究了铜网表面润湿特性对油水分离性能影响情况。通过数值模拟分析超亲水-疏油固体表面的水滴铺展和油滴聚集随时间变化情况,在所研究时间范围内,亲水固体表面的水滴铺展系数随时间的增加而逐渐增大,水下疏油固体表面的油滴铺展系数缓慢增大后稳定不变。基于油水分离水力旋流器的几何结构模型,确定旋流-过滤耦合分离器的初始结构,将欧拉数和分离效率作为目标函数,运用响应面优化法对几何结构进行优化分析;通过单因素法对过滤层材料性能参数的影响分析,得到关于过滤层的孔隙率、滤层厚度、阻力系数和渗透率等参数对分离性能的影响变化规律;运用数值模拟技术分析处理量和含油体积分数对旋流-过滤耦合分离器的流场特性和分离性能的影响规律;开展了旋流-过滤耦合分离器的分离性能实验评价研究,比较研究不同处理量、含油体积分数对旋流-过滤耦合分离器分离效果的影响。本文从旋流-过滤耦合分离器的宏观分离性能以及微观流场特性出发,揭示了油水两相混合液进行旋流-过滤耦合分离的变化规律,为解决过滤分离过程中浓差极化和滤层污染问题,以及限制旋流分离粒度的精细化问题提供一个新思路,可进一步提升旋流-过滤耦合分离器的分离性能,拓展旋流-过滤耦合强化分离的应用领域。