天然气脱水和重烃分离是油气田地面生产的重要工艺环节,本文针对传统的低温分离工艺分离效率低、投资和运行费用高、加热防冻困难、防冻剂用量大的特点,研制出一种新型天然气处理设备——低压降旋流分离器。本文依据气体动力学、热力学和流体力学理论,分析了低压降旋流分液器的基本工作原理,建立可压缩流体在旋流发生器前端、叶片、喷管、扩压器流动的数学模型,借助大型CFD软件FLUENT,求解气流在旋流发生器前端、叶片、喷管、扩压器和整个分离器内的速度、温度和压力分布。通过对不同叶片设计方法对比分析,得到了叶片的最优设计方法,喷管亚声速收缩段按照双三次曲线成比例的缩小设计,喉部设计成一段光滑圆弧,扩张段按照富尔士法设计,喷管出口流速均匀性较好,具有较小的能量损失;经过对轴流叶轮叶片设计方法设计的叶片进行优化,提高了离心加速度、增加了旋流比。对混合气流场进行数值模拟,根据液滴颗粒在叶片的旋流分离效率,模拟计算低压降旋流分离器分离段水的分离效率为75.2%,重烃的分离效率73.2%。水和重烃在喷管后的最大滞留时间约为9.6毫秒,水化物来不及形成,因此低压降旋流分离器实现了免添加水化物抑制剂防冻。利用HYSYS计算,出口压力4MPa下烃露点温度降至-27.83℃,水化物的形成温度降至1.17℃。对低压降旋流分离器内气流特性进行数值模拟分析,得出气流速度、压力和温度特性的变化情况,控制激波趋于扩压器入口,降低气流动能,增加了旋流比,提高了旋流分离的效率,保持升压比达40%～47%,分离器可正常工作。