音速喷嘴是最常用的气体流量传感器之一，目前已应用到微小流量测量领域。由于其质量流量易受结构尺度、加工精度、雷诺数、壁面传热和介质湿度等多种因素影响，现在仍有很多问题值得探索。本文针对音速喷嘴内气体膨胀降温引起的水蒸汽“凝结”和流固耦合“热效应”现象，研究了凝结流场和热效应管壁温度场特性，主要工作和成果如下：
　　针对凝结流场，建立了湿空气非平衡凝结k-??粘性数值模型，并通过凝结定常流场时均压力分布的实验结果验证了数值模型的准确性。针对凝结定常流动特性，发现随着入口湿度、温度和载气压力的增加，凝结位置向上游移动；湿度和温度的增加以及载气压力的减小都会造成凝结相对强度的增大。凝结相变熵产在凝结起始位置处具有最大值，粘性损失和传热熵产则主要分布于边界层处。然后研究了凝结非定常自激振荡特性。为了满足高频压力脉动信号的测量需求，利用B-T(Bergh-Tijdeman)模型对微型压力探头-传感系统结构进行优化，改善其频响特性。在不同入口条件下，结合实验和仿真结果，分析了凝结非定常自激振荡的压力脉动频率和幅值的变化规律，并得到了无量纲脉动频率的半经验公式，其平均误差降低到5.51%。最后基于连续小波变换对压力脉动信号的非平稳特性做了进一步探究。
　　针对热效应管壁温度场，首先提出了一种基于克里金插值和导热微分方程的管壁温度场重建算法。验证结果表明，该方法在保证精度的同时可以有效解决克里金二维插值中的“牛眼”以及等温线不平滑的问题。然后搭建了基于DSP(digital signal processor)的音速喷嘴瞬态温度场重建及可视化系统，通过实验采集并重建了三种喉径的音速喷嘴在不同压力条件下的管壁温度场云图。实验发现，入口压力的降低和喷嘴喉径的减小均会使管壁最低温度点向喷嘴上游移动。此外，对于同一只喷嘴，其瞬态管壁温度随时间逐渐降低，并且最低温度点降速最快，但其位置几乎不变。上述分布特征与流场的激波位置密切相关。