生物质的含水量较高,在直燃发电过程中会产生大量的含湿烟气,但由于低温腐蚀等原因,目前,这部分烟气排烟温度大多在120℃以上,只有少部分燃煤电站设置低温省煤器将排烟温度降至90℃左右,浪费了大量的余热,尤其是其中的潜热。通过冷凝换热设备回收这部分潜热,降低排烟温度,可有效的提高生物质燃料的能源利用率。本文通过试验和数值模拟方法研究水平单管管外含湿烟气的冷凝换热特性,具体研究内容如下:首先,通过东北地区的玉米秸秆的元素分析,得出生物质烟气的成分为RO2、N2、O2、H2O,其比例为11.59%、67.79%、6.01%、14.62%。并通过对钛管、氟塑料、20号钢、316L钢、2205钢常见换热器材料进行接触角测试,分析不同材质的亲水性。建立低温烟气冷凝传热可视化试验系统,研究不同烟气流速、冷却水流量、过冷度、水蒸气体积分数等参数对上述五种管材的单管管外换热效率的影响。结果发现20#钢的亲水性较高,其换热稳定性易受凝结液热阻影响。钛管表现出良好的换热性能,适用于冷凝式换热器选材。滴状凝结工况下,钛管的平均传热系数最高可以达到1693.4W?m-2?K-1。然后,依据试验现象及结果建立含湿烟气多组分膜状冷凝相变换热的数值模型,采用VOF模型计算两相流动传热过程,组分输运方程计算多组分扩散对流过程,CSF计算相间的作用力。LEE冷凝模型计算冷凝传热过程,通过UDF编写饱和蒸汽模型,判断壁面的冷凝条件。通过同时求解质量、动量、能量和扩散方程来模拟膜状冷凝传热过程。并进行了模型验证,得出模拟与试验数据误差在15%以内。最后,基于水平管外膜状冷凝数值计算结果,分析不同入口烟气雷诺数、入口水蒸气体积分数和壁面过冷度对水平单管管外冷凝传热过程的影响,并分析水平管外的局部努塞尔数和局部冷凝速率变化情况。采用响应面方法对水平管管外冷凝换热性能进行优化分析,Adeq Precisior值远大于4,表明模型适用于性能预测和设计优化。壁面过冷度和入口烟气流速对平均凝结换热系数的影响表现出显著的交互作用。给出最佳反应条件,通过数值计算模型计算值与该模型预测值的误差为5%。为低温烟气冷凝式换热器的设计提供理论依据和数值支撑。