而自采气井口产出的天然气中含有一定量的CO2、H2S、水、固体颗粒等杂质,水蒸气在运输过程中容易形成水合物、液态水和酸性溶液,从而造成运输管道、阀门等部件堵塞、腐蚀,并增加气体压力损失,所以天然气脱水是天然气集运及加工的重要前处理环节。超音速旋流分离装置作为一项新兴的天然气分离装置,将液滴凝结、旋流分离以及能量回收等过程集为一体,大大减少装置占地面积;不需添加化学试剂,运行过程环保;投资、运行成本较低,可以有效改善传统天然气脱水技术的缺点。但该分离技术国内外相关理论还不完善,还处于发展阶段,有待深入研究。本课题整理了国内外现有超音速旋流分离装置结构特点,创新性地设计了前置通道式超音速旋流分离装置结构;利用MATLAB软件对超音速旋流分离装置型面进行了精确计算,得到了不同结构参数的超音速旋流分离装置;通过Pro/E软件分别对装置各部件进行了三维设计,得到了分离装置几何模型;基于FLUENT软件建立了前置通道式超音速旋流分离装置的数值计算模型,对分离装置内部流场气体单相流动以及液滴离散相运动进行了数值模拟研究,分析得到了超音速旋流分离装置结构参数以及运行参数对分离装置分离效率的影响规律,为其工程应用提供了理论依据。根据数值模拟结果,可得到以下结论:天然气在前置通道式超音速旋流分离装置中可以完成跨音速转变,达到液滴凝结所需的低温环境,并产生足够强度的旋流,从而实现天然气的分离,前置通道式超音速旋流分离装置结构满足设计要求;Laval喷管及旋流发生器结构参数对分离装置分离性能有重要影响,由喷管渐缩段型面、旋流通道个数、旋流通道轴向长度、以及旋流通道间最小流通尺寸共同决定;分离装置内部形成的液滴在离心力及惯性力共同作用下,主要呈现三种典型轨迹,分离装置的分离性能随液滴直径的增大而降低;分离装置进出口压损比增大时,流体在分离装置中的温降值随之增大,有利于液滴凝结,但不利于液滴分离,并导致流体压力损失增大。