目前国内外含油污水处理方法仍然以重力分离技术为主。其工作原理是依靠重力使油水混合物在一定停留时间内静置分层,分离过程简单。但重力分离技术占地面积大、分离效率低。随着含油污水处理量的逐年增加,重力沉降油水分离设备难以适应油田发展需求的矛盾越来越突出。因此,利用旋转流场产生几百倍乃至上千倍重力加速度的离心分离设备受到关注,水力旋流器是一种具有体积小、分离效率高以及结构紧凑等优点的离心分离设备,在油水分离领域应用前景广阔。本文在对切向入口和轴向入口水力旋流器进行充分认识的基础上,设计了一款额定处理量为1m3/h的混流式水力旋流器。首先,借助CFD数值模拟的手段探究了入口流量、分流比等操作参数对油水两相分离性能的影响趋势,并分析了其内部时均速度场分布以及切向速度的脉动频率。其次,为比较混流式水力旋流器与轴向水力旋流器在不同操作参数下的分离性能,加工并搭建了水力旋流器油水分离性能测试装置,实验过程中主要研究了入口流量、分流比以及含油浓度对分离性能的影响。正交实验结果表明,入口流量为1m3/h,含油浓度为10000ppm,分流比为9%的工况下,混流式水力旋流器的分离性能最佳,除油效率达95.7%。此外,为验证CFD数值模拟对旋流场内速度分布预测的准确性,加工并搭建了水力旋流器内部流场特性测试装置,利用激光多普勒粒子动态分析仪(PDA)在不同操作参数下对两种结构水力旋流器的内部速度场分布以及湍流脉动程度进行了测量。测试结果表明,两种结构水力旋流器的切向时均速度沿径向位置均呈现出先增大后减小的组合涡分布,混流式水力旋流器的切向速度最大值大于轴向入口水力旋流器;两种结构水力旋流器的轴向时均速度均呈现出轴心附近上行流、边壁附近下行流的分布,混流式水力旋流器轴向上行流速度的最大值大于轴向入口水力旋流器;两种结构水力旋流器的切向速度脉动频率沿径向均呈现出先下降后略有回升的趋势,其分布呈现出“马鞍”形分布,混流式水力旋流器内部流场的脉动普遍小于轴向入口水力旋流器。最后,依据一定的放大设计准则,初步设计了 30m3/h的工程试验样机。本文从“结构设计→油水分离性能→内部流场特性”的角度对混流式水力旋流器展开了系统研究,揭示了宏观分离性能与微观内部流场特性之间的联系,为新型高效水力旋流器的设计研发奠定了坚实基础,并为现场工程样机的设计提供了理论支持。