含不凝结气体的蒸汽冷凝在核电厂、石油化工、工业余热回收等方面存在广泛的应用。由于不凝结气体的存在,冷凝传热过程显著恶化,研究混合气体冷凝过程在各种影响因素下的流动和传热特性,成为蒸汽冷凝研究的热点之一。本文利用数值模拟方法,以空气和水蒸气混合物在换热管内凝结传热过程为研究对象,研究了换热管倾斜角度、换热管形状、换热管管径及流速对混合气体异形管内冷凝换热与流动过程的影响规律。针对混合气体在倾斜换热管内的换热与流动进行了二维数值模拟。研究发现沿换热管长度方向,管内混合气体压力减小,冷凝换热系数随换热管管径减小先增加后减小;小管径下换热管倾斜角度对管内混合气体的冷凝换热系数影响较小,管内各点压力随着倾斜角度的增加而降低;在相对较大换热管管径下,随着倾斜角度增加,换热管内混合气体凝结换热系数增加,换热管倾斜90°时为最大;随流速增加,换热管倾斜角度对混合气体压力的影响减弱。建立圆形、正方形以及正三角形三种截面形状的换热管内流动和传热数学模型并针对换热管道内流体的换热与流动特性进行了三维数值模拟,讨论了这三种换热管内当量直径以及混合气体流速的综合影响规律。研究发现随着换热管当量直径增加,混合气体冷凝换热系数在正方形截面换热管内始终最高,在圆形截面换热管内要高于正三角形截面换热管。由于正方形角区的存在,使得角区处空气含量较大,换热管平均空气膜热阻变得更加小,而且由于角区角度相对较大,正方形截面换热管的恶化程度相对较小,冷凝换热系数最高。随着换热管当量直径增加,正三角形截面换热管道内各点混合气体压力最高,圆形截面和正方形截面换热管内各点压力相差不大。对波节管内混合气体冷凝换热与流动特性进行了数值模拟,讨论了波节结构、不凝结气体含量以及雷诺数的综合影响规律,并与圆形换热管内的情况进行了对比。研究发现,波节管内的壁面平均传热系数高于光滑管。波节管内的换热系数与流速的变化均呈现总体震荡趋势,在每个波节结构内,壁面平均传热系数在波节下游处约为波节上游处的3倍,流体在经过每个波节时均会产生逆时针的旋涡,这个旋涡会带动一部分流体在波节下游处脱离主流,进入到整个波节区域,被壁面冷却,打破了波节下游的气膜。这部分流体停留一段时间后在波节上游被卷吸回主流,而波节上游由于旋涡作用形成回流区,因此波节下游在波节管强化传热中起着决定性作用。随着波节间距的减小以及波节宽度的增加,波节管内流体的壁面平均传热系数增加。波节高度对壁面平均传热系数以及摩擦阻力系数的影响最大,波节宽度次之,波节间距最小。随着不凝结气体含量增加,光滑管内壁面平均传热系数降低幅度要高于波节管;波节管由于波节的作用具有显著地强化传热效果。上述研究成果对异形管内混合气体流动凝结换热工程设计具有一定指导作用。