超音速分离器作为一种新型低温分离装置,与传统的低温分离装置相比,具有清洁环保、分离效率高、能量损耗低、结构简单紧凑、运行安全可靠、工程投资低等优点,使得该装置被国内外很多油气田公司用于天然气的脱水,但是国内对超音速分离技术的研究及工业应用还不成熟,因此对超音速分离器进行室内实验,进一步研究其超音速状态下流场受装置结构及工艺相关参数变化的影响,优化装置结构,最终解决超音速分离器用于工业生产的技术难题。本文对比总结了超音速分离技术在天然气脱水领域的优缺点,研究了超音速分离器的工作原理和设计方法。对前期研究的超音速分离器的关键部件进行了结构上的改进设计和加工制造并装配完成了一套用于室内实验的超音速分离装置,设计并完成了超音速分离器实验平台、实验系统和实验数据采集系统的搭建工作。编写了超音速分离器室内实验的详细操作流程及相关实验注意事项,设计了两种实验方案并完成了该实验方案下的室内试验,收集实验数据并对实验数据进行了详细的分析。借助Ansys ICEM CFD对创建的两种物理模型进行结构化的网格划分,利用Fluent 15.0对无分离翼的空管模型和有分离翼结构的模型进行流场的模拟并对模拟结果进行了详细的分析,对比模拟结果和实验结果的差距。对后续实验的改进和模拟研究提出了一些建议。本文根据对分离器实验与模拟的研究分析,得到了分离器的结构变化以及不同实验工况等因素对整个流场中压力、速度、温度及激波发生的位置、范围和气流的旋转分离所产生的影响。实验及模拟结果表明该实验型分离器符合超音速分离器的设计要求及流场变化规律,在相同工况、相同模型下的模拟和实验结果基本接近。