天然气的开发和利用是未来我国能源工程中的新课题。其中天然气脱水是天然气输送过程中的关键环节,脱去天然气中的水是为了防止水合物的形成,从而避免堵塞用于运输的各管道及阀门,提高传输效率,而实现脱水这一目的关键在于使天然气中的水蒸气发生充分凝结并与干天然气分离。由于传统的天然气脱水技术存在着一些不足之处,如系统复杂、成本高、能耗大、甚至必要时还需要注入化学药剂等,因此必须寻求一种技术更先进,系统设备更简单,操作更方便,成本更低的脱水方法。近年来出现的喷管超音速分离技术是天然气处理工艺技术的一大创新技术,在很多方面克服了以上传统方法的不足,它是一种集气体动力学、热力学和流体力学理论为一体的新型气体除湿技术,综合了低温冷凝技术与旋转分离。本文借鉴TwisterTM超音速气／液分离器部分设计思想,通过一系列的方案设计、工艺设计及热力计算,完成了喷管性能测试装置的设计研发工作。通过在Pro/E中建立相应的三维实体模型,应用计算流体动力学(CFD)软件CFX对超音速分离管的内部流场进行了数值模拟,获得了温度、压力、速度等物理参量的变化规律。搭建室内实验测试系统以及对喷管性能测试装置设计一系列的室内实验研究方案,目的是为了观察气体在超音速分离管内部的真实流动的情况,从而得出气流在分离管中的压损比以及激波发生位置等物理参量的变化规律,同时分析几何结构的变化对超音速分离管的分离性能产生的影响。最后,根据数值计算结论以及湿空气在超音速分离管内凝结流动的理论基础知识提出了一系列关于提高湿空气凝结量方法,进而改善喷管性能测试装置分离效果。研究结果表明,所研制的喷管性能测试装置具有较好的分离效率,而且体积小,为今后的研制和改进天然气脱水装置奠定了一定的基础。