凝汽器是核电站二回路热力循环过程中的关键设备之一。蒸汽在汽轮机中做功,汽轮机乏汽被排放到凝汽器壳侧,蒸汽在壳侧排布的冷却管外表面上凝结并释放出汽化潜热,热量又通过冷却管壁以导热方式传给管侧的循环冷却水。蒸汽在冷却管外表面的流动及传热过程是实现冷凝器换热功能的关键,该过程对冷凝器性能的优劣具有重要影响,因此有必要对具有一定流速的蒸汽在水平管外凝结过程进行研究,这对于探索提高凝汽器换热效率具有重要意义。蒸汽凝结问题的复杂性在于求解边界层控制方程,为了简化方程,多数研究者忽略了控制方程中惯性项、对流项、压力梯度项、体积力项以及蒸汽膜层等因素中的一项或几项。本文在控制方程中全面考虑以上各个因素,由于实际凝汽器中存在不凝性气体将会影响蒸汽凝结过程,本文同时将不凝性气体因素考虑在内。基于边界层理论,本文建立了含有不凝性气体的蒸汽以一定流速竖直向下垂直掠过水平冷却管并在管外发生膜状凝结过程的仿真模型,并用数值方法对模型控制方程进行离散求解。最终得到了凝结液膜层和混合气体边界层内流体参数场的分布情况,包括速度分布、温度分布以及不凝性气体的浓度分布,在此基础上又得到了凝结液膜厚度、对流换热系数以及界面剪切力等相关参数。本文对数值求解得到的膜层内参数分布情况进行了详细分析,膜层内切向速度分布表现出明显分层流动特性;气-液膜法向速度在气-液界面处不连续,且法向速度绝对值越大,换热效果越好;液膜内温度大致呈线性分布;主流中即使含有少量不凝性气体也会在气-液界面处积累很高的浓度,沿圆周方向,随着角度增大液膜逐渐加厚,换热系数逐渐减小。本文同时对蒸汽在管外凝结的影响因素进了研究,通过改变不同来流参数的大小来研究该参数对凝结换热的影响。结果表明,随着蒸汽流速的增加,换热系数逐渐增大;随着汽-壁温差、管径以及不凝性气体含量的增加,换热系数逐渐减小。本文同时对不同来流条件对膜层内参数分布的影响情况进行了详细分析。