天然气净化处理是生产LNG成品气和集输前必不可少的中间环节,有效地除去天然气中的水可降低水合物堵塞管线、酸性气体溶于游离水腐蚀管路设备等现象的发生,同时天然气品质得到一定改善。超音速脱水装置是一种新型气液分离设备,等效地将透平膨胀机、分离器和增压机功能结合在一起,具有低耗、安全高效和无污染等优点,但国内相关理论研究尚不完善,仍处于改进优化阶段。本文研究了超音速脱水装置的基本原理和设计方法,利用Solidworks分别对Laval喷管、旋流器和扩压管等关键部件进行了三维设计。喷管的收缩段按五次曲线设计,喉管设计为平角加外圆过渡的形式,渐扩段和扩压管设计为锥形,旋流器设计为螺旋拧装式导流叶片,整套装置的特点是法兰组合、具有易拆卸调节不同几何部件的功能。本文还对组合易调凝析式超音速脱水装置的实验系统进行了研究,将实验系统设计分化为增压供气系统、水雾化系统、低温分离系统和参数测量系统四大部分;规划了安装调试的主要内容和方法;根据各系统的功能和结构特点,对实验测量点和测量仪表进行了相应的设置;制定了较为详细的实验方案和实验流程。本文根据超音速脱水装置的型线结构和流场特点,借助Gambit对所建物理模型进行了分区域网格划分,前期利用Fluent14.5对后置型超音速脱水装置的基本模型进行了模拟分析,基于基本模型所存在的问题,通过改变几何参数和工况条件对超音速脱水装置的分离性能进行了优化研究。后期将导流叶片置于Laval喷管前端,通过对比法对前置型脱水装置进行了相应的优化研究。结果表明,后置型脱水装置可以为液滴的凝结提供较低的温度环境,并且具备一定的旋流分离能力。前置型脱水装置在分离直管可保持较低的温度环境,叶片激波损失较弱,但对液滴的离心强度小于后置型。