蒸汽-过冷液体直接接触相变传热是一种无固体传热壁面的汽液直接接触传热技术。相比传统的有固体壁面的换热方式,其主要优点是换热设备结构简单、冷热流股间的最小换热温差不受限制、压降极小、换热系数高。在工业应用方面,该换热技术可以取代大型炼油装置中蒸馏塔段的填料、有效降低装置压降,消除填料堵塞及腐蚀问题,从而极大降低能耗和设备成本。因此,蒸汽-过冷液体直接接触相变传热技术在炼油行业具有广阔的应用前景。蒸汽-过冷液体直接接触冷凝换热过程受到液体分散相流动形式、液膜/液滴分布、液相组成变化等因素的影响,其传热过程机制十分复杂。现有研究对该过程的实验和理论研究较少,尚未形成系统的理论方法。本文结合实验和数值模拟对蒸汽-过冷液体直接接触流动和冷凝传热过程进行了研究,获得了直接接触相变换热过程中,液体分散相的流场分布、界面形态变化以及界面传热规律。本研究中,蒸汽-过冷液体直接接触冷凝换热过程是通过液体以液膜喷雾形式喷洒至饱和汽相中实现直接接触换热。实验研究中,考察了不同入口液相温度下液膜厚度、破碎长度变化,以及液膜轴径向温度分布,并基于实验数据计算出了液膜局部传热系数及总传热系数。数值模拟研究中,通过合理简化压力式旋流喷嘴内部结构,使用二维轴对称模型模拟了三维流动。模型中采用流体体积分数VOF方法捕捉气液相界面,使用Hertz-Knudsen-Schrage模型计算相界面的传质传热。相同条件下沿轴向方向的液膜温度数据的模拟和实验值的一致性验证了本文数值模型的可靠性。研究结果发现:在蒸汽-过冷水直接接触流动和冷凝换热过程中,低入口液相温度时的液膜厚度和破碎长度更大。随着液相质量流率的增大液膜整体厚度略有减小且液膜厚度随着轴向距离的增大而减小,液膜厚度的范围在100～700μm。冷凝传热时的液膜厚度大于无换热时的液膜厚度。液体的喷雾锥角随着液相质量流率的增大有明显的增大,而当入口液相温度升高时,喷雾锥角变化不明显只有轻微增大,冷凝传热时的喷雾锥角略小于无换热时的值。液膜破碎长度随入口液相温度和液相质量流率的增大而减小,且发生冷凝传热时的破碎长度小于同条件下无换热时的情况。换热过程中液膜在径向方向上存在温度梯度变化,液膜内外表面的温度较高,中心存在一个最低温度。随着液膜运动轴向距离的增大,液膜温度逐渐升高,喷嘴出口处液膜的温升最快,在整个喷雾的冷凝换热过程中,液膜温升占喷雾换热总温升的80～85%。此外,相比液滴区,液膜区起主要换热作用。喷嘴出口处的局部传热系数最大,并随着轴向距离增大逐渐减小。局部传热系数随着入口液相温度的增大而增大,随着液相质量流率的增大略微增大。实验条件下过程的总传热系数约为400 k W·（m~2·K）-1。综上,本研究结合实验和数值模拟的方法对蒸汽-过冷液体直接接触冷凝换热过程进行了较为系统的研究。本文获得的直接接触相变换热特性及相关规律对今后进一步深入研究流体分布与传热相互匹配的规律,了解质能传递过程耦合机制和调控方法,指导大型工业设备中的工程化设计和优化改造、提高工业装置效率、开发高效设备具有重要意义。