含不凝气的蒸汽凝结现象广泛存在于各种工业过程的换热器内,不凝气体的存在会显著降低凝结过程的传热效率,且不同不凝气体含量凝结过程的传热传质规律不尽相同。为了探明并揭示该规律,本文基于自编UDF程序,采用数值计算的方法对不凝气含量为0.05～0.45时不同竖直异形表面外的蒸汽凝结过程进行了计算,其主要成果如下:本文结合 Wall Condensation Model(WCM)和 Volume of Fluid(VOF)模型建立了考虑液膜热阻情况下适用于计算不同竖直结构表面含不凝气蒸汽凝结过程的数值模型,可以同时计算凝结过程中不凝气层及液膜层的变化规律。然后,选取竖直平板为研究对象,将所建立凝结模型的计算结果和文献中相同工况下的实验结果和理论计算结果得到凝结换热系数进行对比,整体偏差均小于20%,证明了模型的可靠性。使用建立的壁面凝结模型对竖直壁面外不同工况下的混合蒸汽凝结过程计算,发现凝结初期凝结液膜表面形成的高浓度不凝气层会在浓度差的作用下逐渐扩散回主流,最终趋于稳定,而壁面形成的液膜会出现波动、下滑及脱落等多种动态行为,同时影响相界面的传质过程。当不凝气含量低至0.15以下时,壁面凝结换热量的比值占总换热量的的比值已明显高于90%,且液膜热阻占总热阻的比值受液膜厚度影响较大,比值在20%以上,故忽略凝结液膜热阻会给计算结果带来较大误差。在平板研究结果的基础上使用建立的凝结模型对弧形波纹板含不凝气蒸汽的凝结过程进行数值模拟,结果发现随着混合气体流速的增加,波纹板波谷内原均匀分布的高浓度不凝气层会产生和液膜流向相反的漩涡,增大液膜厚度和导热热阻从而不利于波谷内换热过程进行,但同时不凝气层形成的漩涡会卷吸主流气体中的水蒸气促进凝结过程的进行。总体呈现出随着混合气体流速的增加,波纹板波峰处的换热得到强化而波谷的换热得到削弱的规律。液膜的厚度受到混合气体流速和壁面过冷度的影响,总体在波谷内厚度较大,波峰处厚度较小。且计算可得较相同长度的竖直平板,弧形波纹板的换热能力提高了约25%左右。数值模拟发现壁面的凝结热通量随壁面结构的变化而变化,但总体变化幅度不大。根据平板和波纹板的研究结果发现传热过程的薄弱环节主要为不凝气层,故以扰动不凝气层且减薄液膜从而降低凝结过程热阻为目标提出了锯齿形强化板。将锯齿形板的波谷位置向下偏移,拉长背风段长度,缩短迎风段长度,从而带来更大的气流冲击,提高对流换热量,同时锯齿结构可以使凝结液膜产生周期性的断裂。对相同工况下不同表面的凝结换热量、对流换热量和液膜厚度进行分析发现提出的锯齿形强化板可以有效扰动壁面不凝气层,整体降低液膜热阻。综合对比发现相比于竖直平板,锯齿形板的传热能力总体提高了 85%左右,相比于波纹板,锯齿形板的传热能力总体提高了 68%左右。因此本文模型及所得结论对含不凝气蒸汽凝结现象中传热传质过程的机理研究和应用实践具有重要意义。