由于湿天然气中液相水的存在,导致管道中天然气的流动性减弱,输气量降低,增加了输气动力消耗,并且液相水与原料天然气中的二氧化碳或硫化氢等易混合生成腐蚀性酸对管道造成破坏。此外,湿天然气中的某些组分和液态水可能在高压、低温状态下,生成天然气水合物,引起输气管道或其它处理设备堵塞。因此湿天然气脱水是天然气处理加工的一个重要环节。传统的湿天然气脱水方法包括冷却脱水、吸收脱水、吸附脱水、膜分离技术脱水等,实践证明这些方法在一些场合取得了较好的脱水效果,但同时也存在设备系统复杂、能源浪费、耗资巨大、成本和运行费用高等缺点。超声速旋流分离技术是在天然气脱水领域的一项新技术,并且已经进行了成功应用,但是在实际生产中,为了维持超声速旋流分离器下游的管道输送压力,在Laval喷管出口往往会存在一定的背压,并且由于天然气输送流量的不稳定性,可能导致压比（背压与入口压力的比值）发生改变,在某些工况下会在喷管内产生气动激波,严重破坏了喷管内的制冷环境,不利于水蒸气的凝结,导致湿天然气脱水效率极低。目前,在背压对Laval喷管中湿天然气流动与凝结特性的研究开展较少且不系统,因此,本文以湿天然气（成分为甲烷和水蒸气）为对象开展研究,主要研究工作和成果如下:1)在建立数学模型与计算方法的基础上,通过FLUENT进行数值模拟分析,对比多种装置制冷性能,明确了在喷管内混合气体接近等熵膨胀的良好制冷性能。2)基于凝结成核、液滴生长两个理论,构建出甲烷-水蒸气凝结流动数学模型,对背压存在情况下影响水蒸气凝结的关键参数进行多工况下的分析研究,在背压存在的特定工况下会产生气动激波,激波导致水蒸气压力和温度在短时间内急剧升高,随着背压的升高,过冷度和过饱和度都减小,导致液滴出现重新蒸发,液滴半径变小,出口液相质量分数大幅变小。不同的压比会显著影响气动激波的产生及强度,保障背压存在情况下湿天然气脱水效率要合理控制压比,避免凝结出来的水分又蒸发回气态水蒸气。3)以空气-水蒸气为介质进行了气体凝结流动实验分析,通过实验测量结果,与数值模拟研究结果进行对比,验证了数值模拟中采用的数学模型与算法可靠性。