中文摘要：

旋流分离技术在石油工业诸如泥浆净化、油水分离、稠油除砂、污水处理等作业中有着广泛的应用前景；目前国内外对旋流分离技术研究虽已较多，但都没考虑介质粘度对流场的影响；油田的分离介质均为非牛顿流体，粘度较大，介质粘度对分离流场影响很大，以牛顿流体为基础研究得出的旋流分离理论已不能满足油田生产需要。针对该问题，依据非牛顿流体理论与旋流分离理论，采用CFD数值模拟与试验测试相结合的方法，通过系统研究介质粘度对旋流分离流场组合涡性质的影响机理，分析得出介质粘度与流场三维速度场、压力场以及分离介质在流场中的运动行为之间的关系，实现对考虑介质粘度影响的非牛顿流体旋流流场的速度场、压力场、离心力场、分离粒度、分离效率、生产能力等基本参数定量描述，为研制各种高效的非牛顿介质旋流分离器提供理论基础，对解决油田广泛存在的高粘度非牛顿介质分离作业的难题有着重要的实际应用价值，对我国旋流分离技术的发展有积极推动作用。

结论摘要：

本课题根据旋流分离理论与非牛顿流体理论，采用CFD数值模拟与宏观实验测试的方法，对介质粘度对旋流分离流场影响进行系统研究。在前人研究基础之上特别是项目组前期研究基础之上，应用CFD专业软件完成了以清水等不同粘度的牛顿流体以及以钻井液、聚驱污水、原油等为主的石油工程常见的典型非牛顿流体共计29种不同粘度特性的工作介质的水力旋流器内部流场全景式模拟，对介质粘度对内部流场影响进行了系统的研究，完成了以下研究内容并取得了初步研究成果 完成了以清水为介质的水力旋流器内部组合涡流场的定量研究，给出了定量划分旋流分离流场内部组合涡中强制涡、准自由涡以及边界层的范围，给出了组合涡运动指数的计算表达式，并重新得出了以清水为介质条件下的切向速度、静压力、以及切向速度与静压力之间的耦合关系（压力损耗系数）等关键参数的定量表达式，为研究介质粘度对这些关键参数的影响程度提供对比依据；完成了介质粘度对流场组合涡性质影响的定量研究，得出了牛顿流体范畴内介质粘度对旋流器内部速度场、压力场的影响关系，重点完成了介质粘度对组合涡运动指数、流场切向速度、静压力等关键参数的影响规律的定量研究，得出了考虑介质粘度的内部流场组合涡运动指数、内部流场切向速度定量计算表达式，得出考虑介质粘度的切向速度与静压力之间的耦合关系（压力损耗系数）； 完成了非牛顿流体流变性（稠度系数K以及流动指数N）对旋流器内部流场的影响定量研究对剪切稀化型以及剪切稠化性非牛顿流体在旋流器内部的运动特性进行了对比研究，分析得出了幂率流体流变性对流场的影响规律；并针对石油工程中两类典型的非牛顿流体（钻井液和驱油聚合物）为例，给出了非牛顿流体旋流分离流场组合涡运动指数、切向速度的定量计算表达式。完成了固体颗粒在旋流器内部运动行为研究，初步给出了具体结构水力旋流器分离粒度、生产能力等计算表达式。 总之，项目组在基金委的资助下，历时3年多时间完成了预定研究内容，初步得出了关于水力旋流器内部流场以牛顿流体以及非牛顿流体为介质条件下的介质粘度对旋流器内部流场关键参数的影响规律和影响程度的定量表达式，对研发高效的旋流器提供了理论基础，同时本课题的研究成果对我国旋流分离技术的发展有积极的推动作用；同时项目组全体研究人员在课题研究期间累计发表论文13篇，其中EI收录10篇，申请专利1项，出版专著1本。