相变在许多科学应用或技术领域是经常会碰到的问题，如：大气中云的形成、湿空气的喷管流动、涡轮机和飞机在大气层中跨音速飞行等流场中都可能存在流体相的转变过程。 本文首先自行发展了二维超音速风洞的设计方法和计算程序；并且发展了已有的二维纹影方法，使其更容易使用和调节。然后以实验为主要手段，结合数值模拟和量纲分析研究含有水蒸气的空气在超音速喷管中形成凝结激波几何结构和形成位置马赫数Mc。 实验以纹影方法摄像，记录了不同的驻室温度T<,0>，驻室气体相对饱和度Φ<,0>下凝结激波的形成位置和几何结构。研究发现，在喉道半高与壁面曲率半径比例较高的喷管中凝结激波中部有马赫杆的双入结构。这种二维结构的形成原因在于喷管壁面附近与中轴附近气流膨胀的不均匀性。为进一步研究T<,0>和Φ<,0>耦合作用于流场的机理，以量纲分析的方法分别得到了凝结激波形成位置马赫数Mc和马赫杆特征长度h<,m><*>(即马赫杆半长与喉道半高的比值)依赖于同一个复合参数X变化的经验公式。X的物理意义是将来流温度降到凝结点所需要的能量与凝结放热之间的妥协关系。这两项经验公式与本文的实验结果以及其他文献中的结果都符合的较好。 以稳定凝结激波的结构特点为基础，本文还研究了振荡凝结激波的产生和发展规律，及其在运动过程中的结构特征。发现了运动激波在凝结区域中产生，在凝结放热的支持下向前运动，最后远离凝结区域，因来流的作用而消耗的物理机制。