冷凝传热广泛应用于各工业领域,如制冷系统、空调系统、电子设备冷却、除湿系统和发电行业。在过去几十年中,冷凝传热的研究主要集中在常重力条件下的研究,近些年相变换热系统在航空航天领域取得广泛应用,微重力环境中的冷凝传热研究越来越受到国内外学者的重视。在冷凝问题中,无论是膜状冷凝还是滴状冷凝,重力作用都在其中起着重要的作用。例如,液膜沿重力方向流动并逐渐积聚,使得厚度在重力方向上不断增加;滴状冷凝中液滴的滚动及脱落也是在重力主导下完成的。因此,研究不同重力条件下的冷凝传热过程以及强化传热技术不仅对我国航天器两相流设备的研发和优化具有重要的工程指导意义,还对提高空间电子设备运行效率、节约换热设备、保证设备安全运行的有效实施具有指导作用。目前针对微重力冷凝传热的研究主要集中于地基研究,并且微重力环境中冷凝传热的强化还没有相关研究。针对上述问题的不足,本论文主要研究内容及结论如下:首先,从理论上分析了超声波在不同重力条件下加速冷凝液滴脱落的可行性,开展了超声波作用下竖直铝板表面冷凝传热的实验研究,研究了超声波功率对铝板表面液滴分布、表面覆盖率以及冷凝传热的影响。结果表明,当冷凝液滴生长到一定尺寸时,从铝板表面滚下。与无超声波作用相比,超声波加速了冷凝液滴的脱落。随着超声波功率从180W增加到900W,液滴的首次落时间提前,总脱落次数增加。铝板的热流密度和冷凝传热系数均随超声功率的增加而增大。当超声波功率为900W时,强化倍率达到了2倍以上。然而功率增大后,试验系统的经济系数有所下降。其次,提出了一种椭圆形针肋板,对不同倾角下椭圆形针肋表面的冷凝传热进行了实验研究,分析了针肋几何参数和倾角对冷凝传热的影响。实验发现针肋对冷凝液滴有一定的滞留作用,当横向肋间距较小,肋高增大后,液滴的脱落周期变小;反之,肋高的增大均使得液滴脱落周期有所增大。椭圆形针肋板的热流密度和冷凝传热系数均比平板更高。随着水平肋间距和肋高的增加,椭圆形针肋板的传热性能有所提升。当倾斜角从90°减小到30°时,热流密度和冷凝传热系数分别降低了16%和25%,且强化倍率有所下降。第三,对水平矩形通道内针肋表面的冷凝传热进行了实验研究,分析了肋几何参数、导热系数、蒸气质量流量以及制冷功率对冷凝传热的影响。结果表明,肋几何参数对冷凝传热的影响较小。当蒸气质量流量从0.17 kg/(m~2·s)增加到1.67 kg/(m~2·s)时,冷凝传热系数仅提升了80%左右。当制冷功率从56.4W增加到94.2W时,冷凝传热系数的增幅约20%。不同工况下针肋板的强化倍率及压降差异并不明显。第四,开展了不同重力条件下FC-72蒸气在针肋板表面的冷凝实验,分析了微重力对针肋板表面液膜分布以及气液界面分布、蒸气温度、冷凝台温度以及冷凝传热的影响。结果表明,微重力条件下,针肋表面冷凝液膜沿不同方向流动,气液界面出现明显的波动和液体爬升现象,且非稳态状态下蒸气温度有显著升高。对于准稳态状态,短时微重力导致热流密度和冷凝传热系数分别下降了18%和20%。最后,通过VOF方法数值模拟了不同重力条件下蒸气在竖直壁面上的冷凝过程,分析了蒸气流速和重力大小对冷凝传热的影响。结果表明,对于常重力和减重力,冷壁面上均形成一层较为均匀的液膜;而对于微重力,气液界面呈现出波状,且液相的波动越来越明显并沿蒸气流动方向传播。当重力垂直于壁面时,液膜随着时间的推移越积越厚。当重力作用越小时,提高蒸气流速对冷凝传热系数的改善越显著。随着蒸气流速从0.5 m/s提高到2 m/s,微重力时的冷凝传热系数相比常重力分别下降了约28%和12%。