针对天然气开采现场及实际运行条件,设计加工了一套新型超音速脱水分离装置,装置中旋流产生器位于Laval喷管渐扩段之后并合理设计其形状尺寸.围绕改进后的超音速分离管进行了数值模拟和室内实验两方面的研究.建立了三维可压缩流体动力学模型,验证了其准确性,利用该模型对新型分离管进行了数值计算,结果表明:采用三维计算模型可以准确预测旋流器后置型超音速分离管的膨胀低温特性及高速旋流现象,尤其对激波位置和逆压强梯度的预测与热力学理论模型分析的结果吻合;通过实验测试了新装置的性能,实验结果验证了数值结果.对比原有分离管分离效果显示:新加工的分离管相对原有的超音速喷管在低压损比条件下可以获得更大的露点降.