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本文通过室内实验、理论分析和数值模拟对分岔管路内的油水两相流动进行了系统的研究，并在南海陆丰平台上开展了现场试验。内实验方面，建成了两套实验系统。在不同的两相流型、混合流速、相含率和流量配比下，观察了各个水平管段和垂直管段内的相分布和流动情况并进行了分析，通过数据采集系统得到了各个管段内的流量、相含率以及相分配比例和分离效率等实验数据。实验发现，较低的入口流速和含油率下相分配不均现象更为明显，多分岔管路内油水两相可以得到更有效的分离。在多分岔管路内，不同入口条件和运行工况下几根垂直管路在油水两相分离中起到的作用有所差异，但总体而言能够保证较好的油水分离效果。理论分析方面，当入口管路为分层流型时，提出了预测相分配比例的双流线模型，并结合无量纲形式的分相流模型计算了分支管路内的截面相含率。与实验比较后发现，在较低的混合流速和相含率条件下相分配比例的计算值和实验数据较为吻合，截面相含率的计算误差一般可控制在±20.0％范围内。数值模拟方面，采用VOF模型中的PLIC方法重构了分岔接头和分支管路内的油水界面，与实验观测符合较好，为分析两相流型对相分配不均现象和压降损失的影响奠定了基础。当入口管路内为分散流型和带有混合层的分层流型时，采用欧拉多相流模型系统研究了油水流型、混合流速、相含率、分岔次数和流量配比对相分配比例、分离效率和水中含油率等参数的影响，在开展数值模拟前首先通过液固旋流器和T型单分岔管路中计算值与实验数据的比较对数学模型和计算方法的有效性进行了验证。
本文针对南海陆丰13-1平台排海污水中含油率超标的问题，提出了“Ⅰ级柱形旋流器+T型多分岔管路+Ⅱ级柱形旋流器”方案。根据平台上的处理液量和介质物性对进行了大量的室内实验和数值模拟，结合欧拉多相流模型和RSM湍流模式研究了结构参数对LLCC分离性能的影响，确定了T型多分岔管路和LLCC的主要结构和尺寸，并根据计算结果在T型管路前增设了旋流消除装置。在平台上开展的现场试验表明，油水混合物经过这套管式油水处理系统处理后排海污水中的含油率可降至环保部门规定的指标以下，其工业应用效果在即将开展的工业化现场试验中得到进一步考验。