自地层采出的天然气中一般含有一定量的水、硫化氢及二氧化碳等杂质,水分的存在会给天然气的输送和加工带来困难。超音速旋流分离技术是一种利用超音速流动条件下气体的低温凝结效应结合旋流分离技术实现多组分气体中凝点较高组分的冷凝分离的混合气体分离技术。与传统天然气脱水技术不同的是超音速分离技术是利用天然气本身的压能进行启动,不需要电等其他外接能源启动；结构紧凑、无活动零部件,可免维修；还可实现无人值守,大大节约了运营成本；在油气田的脱水脱烃净化过程有着极其巨大的实际应用价值。超音速旋流分离技术有着广泛的用途,使其能够实现由工业化生产到民用化的转变为目标,主要针对超音速旋流分离器中的气体旋转凝结流动行为进行研究,建立了描述超音速旋转气体凝结流动的三维数值模型。通过模拟手段对锥芯式超音速旋流分离器的各项结构参数进行优化,并且设计和制造了一种前置式旋流发生器的锥芯式超音速旋流发生器。探索了提高超音速旋流分离装置性能的有效策略,在实验手段方面,采用了非均质成核技术,通过外加凝结核心辅助蒸汽凝结以增大凝结液滴尺寸的方法,通过湿蒸汽两相流知识,采用了注入外加凝结核心的方式来提高装置的分离效率,其外加凝结核心采用微小惰性液滴,不与实验介质发生化学反应。通过CFD软件建立离散相模型对注入微小水滴或者NaCl溶液液滴在以湿蒸汽为介质的装置中的凝结过程进行研究。并且通过自编的汇编语言,确定了对于不同锥芯直径时喷入的雾化液滴的临界半径。在结构设计方面,以降低入口压力为原则,设计了亚音速风洞形式的旋流分离器,通过三维数值模拟描述其旋转气体凝结流动的状态,并对结果进行分析,为后续的科研提供了方向。通过数值模拟手段,设计并加工了一套超音速旋流分离器,通过对其装置分离性能的分析,设计了该装置的工艺流程,从而建立了超音速旋流分离装置的实验平台。实验介质采用湿蒸汽,采用三种实验手段,分别为无外加凝结核心、注入微小水滴和注入NaCl溶液液滴,入口压力为0.17MPa。实验结果表明：当采用无外加凝结核心时,装置的重组分脱除率与露点降分别为17.1%和11.2K；当注入微小水滴时,装置的重组分脱除率和露点降分别为28.2%和15.4K；当注入采用NaCl溶液液滴时,装置的重组分脱除率和露点降分别为：31.7%和16.6K。能够达到较好的分离效果。