近年来国家对燃煤锅炉烟气的排放要求越来越严格,而传统的烟气净化设备已接近技术瓶颈,要想达到烟气排放标准,依照传统技术只能是净化设备的叠加使用,所能达到的效果有限。而超音速旋流分离器具备冷凝与分离的双重功能,在烟气“脱白”领域具有广阔的应用前景。以常压下饱和湿空气为介质,结合空气动力学知识及热力学理论对超音速旋流分离器进行了结构设计。以数值模拟的方法分析了低压下超音速旋流分离器内流场的分部,采用离散相模型研究了液滴的分离效率,自行建立凝结模型研究了水蒸气在超音速喷管内的凝结液化过程。最后以燃煤锅炉烟气为介质设计了完整的超音速旋流分离器低压脱水实验流程。研究结果如下:(1)旋流器叶片出口角度大小对喷管内轴向速度及切向速度的大小影响较大,而叶片包角越大气体经过旋流器时的压损也越大。分离器结构对喷管内流场有较大影响,采用B型分离器结构时超音速旋流分离器内能达到更低的温度,有利于可凝气体的凝结。(2)激波发生时会引起温度及压力的跃升,但是随着激波强度的增大压力及温度的跃升幅度也会加大,对于凝结来说是不利的。随着压差比增大,激波发生位置向下游移动,喷管内气体能获得更好的冷凝条件,有利于提高装置的脱水效率。随着入口温度升高,喷管内整体温度随之升高,不利于气体的凝结,但不会影响激波强度及激波发生位置。(3)在超音速旋流分离器中液滴有两类典型的运动轨迹;增大液滴半径及增大分离器入口长径比可以提高液滴的分离效率。(4)随着入口压力增大,喷管内气体凝结发生位置提前,液滴半径明显增大,喷管内水蒸气最低含量减小,所以增大入口压力有利于水蒸气的凝结;降低入口气体温度,蒸气凝结位置提前,液滴半径明显增加,同时液滴数量急剧减少,而气体的凝结深度增加水蒸气含量减少,有利于喷管内的凝结;随着入口水蒸气含量增加,蒸气凝结发生位置提前,凝结液滴半径明显增大。