天然气脱水是天然气处理的重要环节,由地层开采出来的天然气基本都含有饱和的气态水蒸气和硫化氢等酸性气体,在管输过程中,天然气中的气相水容易受各种因素的影响形成液态水,液态水的存在将会减少管线输送量,增加动力损耗,造成能量的浪费,在一定条件下,液态水可以和天然气中的某些组分结合形成水合物,同时与酸性气体形成具有很强腐蚀性的酸性溶液从而引起管线、阀门以及仪表的堵塞和腐蚀问题,严重影响天然气正常生产。超音速气液分离器作为一种新型天然气净化装置,集低温冷凝和旋流分离于一体,具有结构简单,能耗低,无污染等优点,但目前国内对于此项技术的研究仍然处于起步阶段。本文研究分析了超音速气液分离器的工作原理和主要结构组成,学习了拉瓦尔喷管设计的理论基础,在此基础上进行了新型超音速气液分离器的结构设计,并完成加工制造和零配件装配工作,以用于室内实验。设计并完成了超音速分离器实验平台、实验操作系统和实验数据采集系统的初步搭建工作,编写了进行室内实验的详细操作流程及相关实验注意事项。制定了三种室内实验方案,分别对比分析了新型超音速气液分离器在不同进口压力条件下,喉部尺寸不同条件下喉部的温度和温降与压力损失比之间的关系,并进行了新旧两种超音速分离器对比实验。实验结果表明:在给定初始压力条件下,超音速分离器进口温度与压力损失比之间无明显联系,喉部温度随着压力损失比的升高而降低,喉部温降随压力损失比的增大而升高;压力损失比在45%–65%之间时,喉部温降上升速率最快,初步认定压力损失比在45%–65%是超音速分离器高效工作区间;压力损失比相同时,初始压力越高,所能实现的喉部温降越大,且初始压力越大,喉部温降的增长幅度越大,在初始压力为2.5MPa,压力损失比为75%时,喉部温降达到最大值45.5℃,达到了预期的实验效果,其温降性能较之前所设计的变径式超音速分离器更为出色;在相同实验工况下,喉部尺寸小的分离器所能实现的喉部温降更大。