近年来，温室效应已经成为全球性的环境与气候问题，其中，CO2对温室效应的贡献占70%左右。虽然近年来可再生能源得到一定程度的开发利用，但在未来数十年内全球仍将依赖于化石燃料。因此，政府间气候变化委员会（IPCC）提出利用碳捕捉与封存技术（CCS）缓解温室气体的排放。而为达到埋藏要求，在对CO2进行捕集后必须进行分离提纯。无论是对于发展较为成熟的胺吸收分离法，还是具有经济性优势的钙基吸收剂分离法，都需要对CO2与水蒸气的混合蒸气进行进一步的分离提纯。因此，研究含高CO2浓度的蒸汽的冷凝换热特性，对提纯CO2具有重要应用价值。本文建立了CO2-水凝结换热实验系统，对竖直表面和水平圆管外不同CO2质量浓度的CO2-水混合蒸气在不同蒸汽流速条件下，进行了膜状凝结换热实验。结果表明：混合蒸气在竖直表面的凝结换热过程中，随着CO2质量浓度的增加，凝结换热系数和热流密度逐渐降低；在不同蒸汽流速下，存在一浓度分界值，在低于该浓度区间内，凝结换热特性随过冷度变化剧烈；超过这一浓度值后凝结换热曲线的变化趋势减缓：混合蒸气流速为0.4m/s工况下为64.2%，升至0.8m/s和1.2m/s后，这一CO2浓度值为75%左右。根据Fujii二元蒸汽凝结换热模型计算得到气膜/液膜传热热阻比值、气-液界面温度等参数随过冷度的变化曲线对冷凝换热过程进行了进一步解释说明。对21组实验数据进行拟合，得到了包括CO2质量浓度以及表面过冷度因素在内的实验关联式，其预测值与实验值的误差在±20%以内，并且含CO2的蒸汽的凝结换热系数h0与过冷度呈一定的关系，流速为0.43m/s时，凝结换热系数ho与过冷度ΔT0.55成反比；流速为0.74m/s时，凝结换热系数ho与过冷度ΔT0.47成反比；流速为1.2m/s时，凝结换热系数ho与过冷度ΔT0.43成反比。通过比较竖壁表面与水平圆管外冷凝换热特性发现：水平管外凝结换热系数曲线与竖壁表面凝结换热系数曲线存在相交点，在低过冷度时，水平管外凝结换热系数低于竖壁表面，在高过冷度时，水平管外凝结换热系数高于竖壁表面。相交点过冷度随CO2浓度的增加以及混合蒸气流速的增大而减小。进行了CO2-水混合蒸气在不锈钢V形纵槽表面进行了凝结换热实验研究。结果表明，CO2质量浓度在80%~94%范围内，两V形纵槽表面的凝结换热特性均优于光滑平板。1*2mm纵槽冷凝表面的凝结换热系数比平板提高了8.51%~15.4%。在20%~94%浓度范围内，1*2mm冷凝特性均优于0.5*1mm冷凝块，所以适当增加肋片的高度和肋间距在一定程度上可以强化冷凝传热过程。通过制备TiO2-FPS复合疏水表面、以及采用电沉积方法在黄铜冷凝块表面嫁接碳链制备超疏水表面，可以使凝结表面产生疏水效果，实现珠状凝结特性，但是由于单分子层在较高温度和蒸汽流速的作用下易脱落，难以实现稳定的实验工况。对不锈钢表面进行镀金处理后，对含高浓度CO2的蒸汽进行凝结换热实验发现：混合蒸气的凝结换热特性与凝结形态相关，当凝结液量较大时，部分区域由于液珠的聚集，长期覆盖一层液膜，平均凝结换热系数比膜状凝结提高了15%左右，随着CO2浓度的增大以及过冷度的减小，表面凝结液滴分布斑驳，凝结换热系数增大；CO2浓度达到87%以上时，凝结表面液滴成长、合并、脱落的运动更加明显，平均凝结换热系数比膜状凝结提高了31%。