含有不凝性气体的蒸汽冷凝是先进反应堆非能动安全壳冷却系统(PCCS)中重要的换热方式，是当前核反应堆热工水力学研究的一个热点。 含有不凝性气体的蒸汽冷凝，是涉及到蒸汽、凝结液膜和不凝性气体之间质量、动量和能量交换及相间质量扩散的复杂过程。而且，系统压力、蒸气过热度、蒸气流速和不凝性气体种类及其含量是影响蒸气冷凝的重要因素，这使得蒸气冷凝换热现象大大复杂化。因此，对含有不凝性气体的蒸汽冷凝机理至今还没有完全研究清楚；蒸汽冷凝换热特性的实验很难准确测量，数据有限，并且不同作者得到的结果也不一致。虽然他们提出了一些冷凝分析模型，但是模型之间分析结果的差别很大。他们根据实验得到的经验或半经验关系式，其适用工况范围很小，如果用于其他工况就会使分析结果存在很大的不确定性。 在中压回路上进行单根竖直管内的蒸汽冷凝实验。冷凝段的主要几何参数为：冷凝管内径为0.049m，外径为0.055m，长度为3.5m；外套管内径为0.067m。在系统压力为0.1～0.3MPa，加热功率为2～15kW，蒸汽质量流量为0.001～0.004kg／s，空气质量流量为0.0～0.00163kg／s，二次侧冷却水温度20～60℃的范围内，系统研究了竖直下降管内含有空气的蒸汽冷凝特性，获得了不同压力、不同空气含量和不同加热功率下，冷凝段的温度分布和局部热流密度的数据。 实验结果表明，维持二次侧冷却水流量不变，无论对于纯净蒸汽还是含有空气的蒸汽冷凝，随着蒸汽发生器加热功率的增大(即蒸汽流量增大)，有效冷凝段长度将加长；当蒸汽中含有少量空气，有效冷凝段长度也会明显加长；提高系统压力，有效冷凝段长度将缩短。常压下，纯净蒸汽冷凝时，有效冷凝段管壁壁温基本保持不变，但是当蒸汽冷凝完毕进入过冷水阶段后，管壁壁温会急剧下降；蒸汽中含有空气时，冷凝管中心温度变化不大，但管壁壁温始终呈下降趋势。当系统压力和蒸气流速增加，空气抑制蒸汽冷凝的作用将会削弱。我们发现，当系统压力达到0.24MPa时，含有空气的蒸汽冷凝过程中，冷凝段管壁壁温出现了一段平缓过程。总之，蒸汽流量、空气含量和系统压力是影响蒸气冷凝的重要因素。 相似的基础上，建立了竖直管内蒸气强迫对流冷凝的一维分析模型。分析中， 考虑了流动发展段、液膜波动和气相物性变化对冷凝过程的影响。该模型能预 计在不同系统压力、不同不凝性气体含量下，蒸气冷凝段的温度分布、不凝性 气体含量分布和局部热流密度。通过METU－CTF、MIT和我们的实验数据对本 模型进行了评价，验证了该模型的可靠性与合理性。通过本模型计算发现，在 低系统压力和低Reynolds数下，不凝性气体对蒸汽冷凝的抑制作用更大。计算 同时表明，对相同质量含量的空气和氢气，氢气抑制蒸汽冷凝换热更甚；然而 对相同体积含量的空气和氢气，空气抑制蒸汽冷凝换热更甚。 在蒸汽、凝结液膜和不凝性气体的质量、动量和能量守衡方程的基础上， 建立了大空间内含不凝性气体的蒸汽自然对流冷凝的二维分析模型。分析中， 考虑了相间阻力、液膜波动、蒸汽过热度、因温度和浓度梯度引起的自然对流、 质扩散和热扩散以及物性的变化。该模型可以预计大空间内稳定工况下，蒸气 混合物的速度场、温度场、不凝性气体的浓度场和局部热流密度。通过Tagami 的实验数据对本模型进行评价，验证了该模型的合理性。同时，通过对同一算 例计算进行比较，该模型与三维计算程序COMMIX的计算结果基本一致。 计算和实验结果表明，相对于蒸气强迫对流冷凝来说，不凝性气体对蒸气 自然对流冷凝的影响大得多。相对纯净蒸汽冷凝而言，在自然对流条件下，蒸 气中空气含量只占 5％，就会使总的换热量减少约 80％；然而，在强迫对流条 件下，蒸气中空气含量高达 30 ％，才使总的换热量减少 50 ％。