随着天然气产量和使用量的日益增长,一些传统的天然气脱出杂质技术已经无法满足天然气市场不断发展的需要。天然气是一种包含多种组分的物质,其所含的组分,例如水蒸气、二氧化碳等物质会对天然气使用和安全输送造成较大影响。在此背景下,采用超声速喷管技术进行天然气脱除杂质作业成为了相关学者研究的重点,该技术利用超声速天然气膨胀降温凝结以及旋流分离的特点为天然气除杂提供了新的思路,而精确掌握超声速天然气膨胀降温凝结规律是使用该项技术的基础和关键。基于此,本文梳理了相关课题的国内外研究现状,介绍了超声速天然气凝结流动参数,确定了数值模拟研究中使用的气体凝结成核模型、液滴生长模型和湿天然气流动模型,对研究中所需的超声速喷管结构和网格数进行了设计和验证,编写了UDF计算程序。在此基础上采用甲烷—二氧化碳和甲烷—水蒸气双组分气体作为超声速湿天然气的研究介质,进行了两组数值模拟研究,重点研究了气体进入喷管后温度、压力、成核速率、湿度和成核速率随喷管距离X的变化规律,并且探究了不同温度、不同压力、气体组分不同比例对液滴数目、湿度和成核速率的影响。得出结论如下:(1)气体温度在一段距离内保持不变,随着喷管X轴距离的增加,温度开始逐渐下降,在距离喉部某处温度降到最小值,随后逐渐上升,在距离喉部某处上升到最大值,之后又开始逐渐下降;气体压力在一段距离内保持不变,随着喷管X轴距离的增加,压力开始逐渐下降,在距离喉部某处,压力曲线出现了上升,并随着喷管X轴距离的增加,压力曲线出现了下降;(2)气体从刚开始进入喷管到距离喉部某处液滴数目、湿度和成核速率并没有增长,随着喷管X轴距离不断增加,液滴数目、湿度和成核速率才开始增长,并且液滴数目到出口处数值近似保持恒定;(3)液滴数目和出现液滴的位置随着温度的增加而增加和后移,随着压力的增加而降低和前移,随着可凝气体组分摩尔分数的增加而降低和前移;湿度和湿度增长的位置随着温度的增加而降低和后移,随着压力的增加而增加和前移,随着可凝气体组分摩尔分数的增加而增加和前移;成核速率峰值和成核速率增长的位置随温度的增加而增加和后移,随压力的增加而降低和前移,随可凝气体组分摩尔分数的增加而降低和前移。以期为高含水和高含二氧化碳天然气净化处理提供除杂思路,并为后续的甲烷—二氧化碳—水蒸气三组分气体超声速凝结分离研究奠定基础。