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管柱式气液分离器（GLCC）结构轻巧、性能优异,在海洋油气水下生产系统中有良好的应用前景。但GLCC也存在气相携液（LCO）现象,导致液相分离效率不佳,也使得工程应用受限。要从根本上解决这一问题,就需认清GLCC上部空间的气液分离过程和分离机理,但现有的文献对之研究不足。有鉴于此,本文综合运用数值模拟、实验验证和理论分析方法,对GLCC上部筒体中液膜相、液滴相的整体流动行为进行了研究,并得到如下成果和结论:（1）本文完善了GLCC的气液两相模拟方法。首先优选了气液两相流的湍流模型（RNG k-ε）、多相流模型（双流体+Multiphase VOF算法）、曳力模型（Symmetric）,编译了适用于GLCC的气液两相入口边界条件。在此基础上,分别对液膜、液滴进行专门模拟。液膜模拟方面,引入了新兴的欧拉壁面液膜（EWF）模型,认为Eulerian-EWF耦合方法更适用于上行旋流液膜（USLF）的模拟,且液滴颗粒平衡模型（PBM）的补充有助于液膜的修正。液滴模拟方面,将湍流扩散因素、壁面液膜因素融入离散相颗粒模型（DPM）进行原始液滴跟踪,随后加入TAB液滴破碎、O`Rourke液滴聚并模型进行二次液滴统计。通过上述模拟方法,得到了与实验贴合度较好的液膜、液滴数据,形成了一套实用的GLCC气液流动行为数值模拟方法。（2）本文分析了液相中的液膜相、液滴相的流动行为。根据不同工况下的气液两相流场相含率、离心力和曳力的空间分布,发现LCO率与倾斜管中液滴携带率FE线性正相关,与分流区处表征液膜不稳定性的索莫菲数K存在先减后增的转折关系（转折点K≈57.7）,与主筒体中的临界粒径分离因子Sp0存在反向关系。（3）对于上行旋流液膜（USLF）,其液膜厚度、液膜轴向速度、液膜切向速度对气量较为敏感,对液量较不敏感;液膜厚度、切向速度沿轴向逐渐衰减,液膜轴向速度沿轴向波动振荡衰减。另外,旋流液膜轴向速度存在特有的“翻正”现象,且可将其用于流型识别:当液膜轴向速度为负且不发生翻正时可识别为旋环流;当液膜轴向速度发生翻正时可识别为搅混流;当液膜轴向速度始终为正时可识别为环状流。（4）对液滴轨迹的跟踪分析表明,出口处液滴粒径基本在1～10μm;同时,统计分析了筒体内液滴破碎、液滴聚并、液膜喷溅的发生条件,发现液滴破碎和液膜喷溅主要发生在粒径30～50μm的液滴上,且二次液滴对GLCC分离效率的影响可以忽略。（5）借鉴淹没流理论,结合受力分析和液相上行率分析,建立了上行旋流液膜的旋环流-搅混流、搅混流-环状流流型判别式,对实验工况下的液膜流型进行预判。经实验验证,该模型与各介质（水、甘油溶液、T55导热油）下的实验现象均能贴合,可较好地实现上行旋流液膜的流型判定。（6）建立了基于USLF流型的LCO率理论计算模型。基于实验观察和数值模拟结果,根据上部筒体空间质量守恒原则,将LCO率分为液膜溢出率（LFCO率）和液滴逃逸率（LDCO率）两部分,并根据不同的USLF流型计算其液相逃逸率（LFCO率）、结合不同的入口粒径分布计算液滴逃逸率（LDCO）。对于旋环流,其液膜溢出率为零;对于环状流,其液膜溢出率可通过环状液膜的稳定溢出求得;对于搅混流,引入驻波理论,通过其迭代计算得到气相出口的液膜溢出量。该方法修正了前人未考虑液膜溢出量的不足,计算结果与实验相符,可为GLCC的设计和应用提供指导。