由于我国水资源分布不均和近些年一系列政策的出台,节水也成为发展电力行业的重要指标之一。空冷技术节水优势显著,但直接空冷机组冬季运行时,受供热和调峰影响,排汽流量往往不能达到设计值,凝汽器有可能发生冻结,严重影响机组经济性和安全性。冻结的发生与直接空冷凝汽器翅片管内蒸汽和凝结水的换热情况密切相关。因此研究其管内的两相流流动及换热特性,可为制定防冻措施开拓思路。本文主要工作如下:根据两相流原理建立了使用VOF方法计算蒸汽冷凝的模型。利用自定义函数UDF建立了纯蒸汽在直接空冷翅片管内发生冷凝所涉及的质量和能量方程。此外,考虑到逆流单元中不凝结气体含量相对较高,不凝气体的存在会对蒸汽冷凝造成极大地影响,通过UDF定义质量、能量和组分输运方程,建立了含不凝气体的双组分两相流冷凝模型。以某200MW直接空冷机组凝汽器为研究对象,分别选择顺逆流单元中某根管进行三维稳态数值模拟,利用相间界面追踪算法求解管内的流动及换热状况。研究顺流区单根管内蒸汽冷凝时,通过改变机组负荷及管壁温度,得出对凝结水流动特点、液相体积分数、冻结位置和换热强度等的影响规律。结果表明,凝结水在管内成环状流动,入口蒸汽流量越大,上下管壁液膜分布越均匀;蒸汽在管内的体积分数沿流动方向增加量先大后小,最后体积分数基本不再变化;凝结位置和冻结位置到入口的距离随入口蒸汽流量增加而变大,但又随着外界温度的降低而变小;蒸汽流量增加会使管内Nu数降低,流动阻力增加。在逆流区,分析了不凝气体浓度在管内的变化规律,单根管入口蒸汽流量和不凝气体流量对管内冷凝水温度的影响。结果表明,确定管子尺寸和管壁温度后,冻结临界位置处的不凝气体浓度是一定的,不受进口蒸汽流量的影响;入口不凝气体流量与冻结临界位置处的不凝气体浓度呈线性关系。将逆流管束出口不凝气体浓度作为防冻指标,可有效预防冻结。