井口采出的天然气中常常含有天然气液烃和水，脱除水和液烃是天然气生产中的必要环节之一。目前将天然气中的气态水和烃类物质分离脱出的方法有固体吸附法、溶剂吸附法、低温分离法等。这些技术方法都很成熟，也是传统使用的方法。这些方法的共同点是工艺技术比较复杂，运行维护费用较高。 超音速旋流分离集低温功能和分离功能于一体，使整个分离过程在一个密闭紧凑的装置内进行。装置设备简单，操作方便、密闭无泄漏、无需化学药剂，该技术与常规处理工艺相比可使总成本减少25％以上。 本文介绍了超声速旋流分离器的分离原理，超声速旋流分离器的工作部件的组成及其工作原理。对分离介质在各部件的流动状态进行了可靠的理论描述；提出超声速旋流分离器的设计思想、设计方法。旨在为超声速旋流分离器的详细结构设计提供科学可靠的理论依据，指导超声速旋流分离器的设计和制造。 本文通过对气体在喷管中的流动规律的研究，得出了喷管截面的变化与气体流速的变化关系，分析了截面积变化对其内部流场分布的影响，建立了喷管内部曲线方程。通过对气流在拉伐尔喷管与等截面摩擦组合管中的流动分析，提出了确定等截面摩擦管的长度方法及其考虑因素。 以白庙凝析气田26井天然气分离为例，按照本文提出的方法进行计算，依次确定喷管结构参数。作图分析了流场内部流体的速度、密度、温度、压力沿管道轴向分布的情况。对比超音速旋流分离器公司现场试验情况，按简单假设设计的喷管稳定段直径，喉部直径，均与已有模型接近，并且能够满足流场变化要求，证明提出的设计思路及方法是正确可行的。 本文通过对离散数值方法求解湍流场的数学模型的对比，选取了二方程模型中RNGk-ε模型来对混合气流场进行数值模拟。给出了混合气流场分析的假设条件、边界条件，并建议用收敛速度快、精度高的耦合隐式算法进行求解。