混合气体分离应用广泛,以天然气脱水为最。超音速旋流分离设备应用低温冷凝技术,较之传统分离设备因其无动部件、无需添加昂贵吸收剂而呈现广阔的应用前景。但目前国内设计制造的超音速旋流分离设备实验压比较大,分离效率较低,尚未具备商业应用能力。本文针对这些问题,设计制造新型锥芯式超音速旋流分离器,应用理论分析、数值计算及实验方法在小压比的情况下获得此设备最佳结构参数,并研究液滴增大技术及各操作参数、结构参数对设备性能的影响。结论如下：(1)本文建立的混合气体自发凝结流动模型及描述颗粒运动状态的离散相计算模型的计算结果显示：混合气体自发凝结流动模型流体流动及凝结状态与实际情况相符；打入的外加液体颗粒能够雾化,起到凝结核的作用。因此数值计算模型可以用来对设备结构设计及实验结果进行预测和分析。最终选定设备面积比为1.228,旋流器高度60mm。以此调节设备结构参数的范围,进行数值计算,设计并加工实验设备。(2)建立锥芯式超音速旋流分离装置实验系统,研究液滴增大技术及外加物流量、压比、旋流器高度、面积比对设备分离性能、外加物污染率和流量损失率的影响。结果显示,确定设备压比为1.5,出口大气压的情况下,在采用液滴增大技术,旋流器高度60mm,面积比为1.228时,设备分离性能最佳,高露点组分脱除率达到29.1%,露点降为9.23℃,流量损失率及外加核的污染率均在可接受范围内。实验所得最优结构参数与数值计算结果吻合。(3)设计面积比可以连续调节的新型导流锥式超音速旋流分离设备。在压比1.5时,数值计算结果显示,其喷管出口温度降较原锥芯式超音速分离设备提高33.3%,旋流加速度大于105m/s2,能够实现气液分离,具备实验价值。