根据井下套管直径95/8英寸的直径，结合海上油井产液量，初步设计了旋流器两级串联的分离装置结构，该结构第一级采用大直径旋流器，圆柱段直径为 100mm，第二级采用6个小直径旋流器并联，圆柱段直径为40mm，第二级旋流器设计在第一级旋流器尾管段外腔内。设计并绘制了系统的结构CAD图，利用节点分析法分析系统各个节点的压力和流量的关系。　　结合大涡模拟方法对第一级旋流器进行结构优选设计，包括圆柱段直径优选、结构参数的优选及旋流器入口结构的优选，优选后的圆柱段直径为 100mm，结合正交实验法优选结构参数，分别对三种不同结构的入口形状的旋流器做了性能的规律研究，得到单圆弧单直线型旋流器结构优于其它形状的结构。对比分析了第一级旋流器优选前后的油相含油浓度分布和速度分布的规律。建立油水分离系统模型，分析了数值模拟后旋流器组的内部流场轨迹图和油相浓度分布图。　　改变操作参数，包括分流比、入口速度和入口流量，研究对系统性能的影响。保持系统的总分流比保持不变，改变第一级旋流器的分流比，同时第二级分离比发生改变，研究分流比与系统性能的关系；保持系统入口速度不变，改变系统入口形状，进而入口流量同时改变，研究入口流量与系统性能的关系；改变系统的入口速度，保持入口流量不变，研究入口速度与系统性能的关系。　　介绍了UDF函数的使用过程和方法。利用优选后的系统模型，利用UDF函数控制入口速度，使得入口速度为一个变量函数，保持旋流器入口形状不变，导入Fluent软件计算运行，研究输入条件为非稳定速度输入时，对油水分离系统效率的影响。主要包括入口速度出现波动时，即为正弦曲线时，改变正弦曲线的频率和振幅，研究对系统的性能的影响；当入口速度发生突变时，对系统性能的影响规律。