超音速旋流分离法是结合旋流分离技术和冷凝分离技术的多组分气体冷凝分离法,具有工艺流程简单、稳定性好、效率高、能耗低等特点,成为近二十年来非常有应用价值和商业前景的新分离技术。本文以数值模拟和实验研究为研究手段,对超音速旋流分离器两相凝结和分离特性展开了深入研究。主要工作及成果如下:针对超音速凝结特性,首先建立了凝结Eulerian双流体无滑移CFD模型,并通过实验数据验证了模型准确性。随后,研究了超音速凝结过程中流场核心区和边界层的自激振荡压力波动特性,包括周期性压力分布、压力波动的频率、幅值特性和凝结相变等。最后实验测量了不同温度、压力和湿度条件下自激振荡沿程压力分布稳态和非稳态特性,并与拟二维数值模拟结果进行了对比与分析。针对超音速分离特性,首先建立了考虑相间速度和阻力的凝结Eulerian双流体滑移CFD模型。随后,从数值模拟和理论角度分析了超音速分离器核心部位结构对分离特性的影响情况,包括旋流发生器叶片型线、超音速喷嘴段型线、分离截面尺寸等,优化超音速分离器结构,分析了分离器内切向速度分布、均相凝结成核率、离散相液滴数密度和堆积密度分布。最后,实验测量了分离器入口温度、湿度和压力对超音速分离装置的露点降、压损比和分离系数的影响。研究发现,该超音速分离器在压损比为0.33时,分离系数达1.48,这表明在小压损情况下具有较好的分离特性。