凝结现象广泛存在于能源、冶金、制冷、化工、航空航天等领域,近年来,随着航空航天、海水淡化、核反应堆安全系统以及一些大型工业设备的发展,对于凝结传热研究的需求日益增加。而在实际的工业应用中,常伴随有不同组分浓度的不凝气体,使得凝结传热过程极其复杂。所以,研究纯蒸汽及含不凝气蒸汽的凝结传热规律,对提高凝结传热效率及冷凝器的工业设计具有重要意义。鉴于理论分析和实验研究受制于计算和成本的限制,本文通过数值模拟的方法模拟纯蒸汽及含不凝气体蒸汽在竖直、倾斜管和波节管内的凝结情况,分析了不同工况不同参数范围下的蒸汽凝结流动特性和传热规律。基于气液两相流的控制方程,建立了纯蒸汽及含不凝气蒸汽凝结质量输运模型,该模型考虑了界面处的质量平衡,总通量包含了扩散分量以及对流分量,并可用于计算多组分相的质量输运,利用UDF对商业软件Fluent进行程序上的二次开发,将该模型嵌入VOF模型的质量源项与能量源项中进行耦合计算。为了研究含不凝气蒸汽的凝结,通过加载多组分模型实现了不凝气的组分构建,并利用UDF程序调用多相流模型的不同层次相,实现了各气相组分的同步计算,获得不同组分含量的不凝气的凝结传热规律。基于建立的凝结模型,对纯蒸汽在竖直管、倾斜管和波节管内的凝结情况进行了数值模拟。发现竖直管内的凝结流型均呈现环状流,且不随管径等因素的变化而变化。增大蒸汽流速、减小管径、降低壁温以及使用导热系数较高的材料都会增强凝结传热效果。在倾斜管内,随着倾斜角度的增加,管内压降减小;相同管径下,蒸汽流速增加会削弱倾斜角度对传热效果的强化作用;蒸汽入口速度为1m/s,管径为0.1 m下的最佳倾斜角度为45°。蒸汽入口速度为2 m/s,管径为0.1m下的最佳倾斜角度为15°。蒸汽入口速度为0.5 m/s,管径为0.1m下的最佳倾斜角度为60°。在波节管中,管内流动和传热过程均呈现震荡波动,波节下游传热系数要高与上游4.5倍,保持波节较小间距,适当的增大波节的高度和宽度,可以显著提高波节管的强化传热能力。本研究范围内最优波节管的波节结构为7#管,其参数为波节高度0.007 m,波节间距0.001 m,波节宽度0.015 m。对竖直管内含不凝气蒸汽的凝结进行数值模拟,发现当蒸汽中混有不凝气体时,不凝气的含量对传热影响较大,随着不凝气含量的增加,液膜扰动增强,出现局部凝结聚集,直至离散断裂。随着不凝气含量的增加,传热系数降低,传热效率变差。在不凝气含量小于10%的传热系数骤降,高与10%时逐渐稳定。此外不凝气含量对凝结的温度场、速度场都有一定影响。本次研究编写的UDF程序同样也适用于三维模型的蒸汽凝结模拟计算,上述研究成果对今后其它凝结现象的模拟研究和传热管的强化设计与布置都提供了一定的参考价值。