冷却换热设备及技术广泛应用于动力、冶金、炼油、化工、建筑、制造、航空、电子、食品、纺织、医药等工业部门和行业，特别是在制冷行业更是有举足轻重的作用，是能源、水资源消耗的关键因素。蒸发式冷凝器作为一种节能、节水、结构紧凑的新型高效换热设备，在我国能源及水资源紧张的局势下更是得到了快速和全面的应用。 蒸发式冷凝器工作过程涉及空气流和水流两相流、两相流的传热传质、传热和传质的耦合，这方面尚无成熟的理论和计算公式，需要对蒸发式冷凝器内盘管表面气液相的流动及传热传质进行深入研究和试验测试；另一方面，改善其排热性能应从气液蒸发界面和盘管表面协同强化传热着手，协同强化换热表面、水、气之间的传热、传质性能，才能达到节水和节能的目的。 本文建立了蒸发式冷凝器性能实验平台，包括蒸发式冷凝器、压缩机、膨胀阀、蒸发器、及控制和数据采集、测量系统，对三种水平盘管蒸发式冷凝器：圆管、椭圆管、扭曲管的运行过程中各参数：温度场、速度场、压力场等进行全面测试，进行气液两相流传热传质机理分析和实验研究。 利用计算流体力学(CFD)软件Fluent数值模拟和性能实验相结合的方法，研究了气流特性，包括速度、流场分布、湿球温度等对传热传质影响的机理，并分析盘管表面协同强化影响，得出气流特性影响的控制阶段和因素。结果表明，扭曲管间气流分布更均匀，增大了气流的湍动程度；气液界面传质为整个排热过程的控制阶段，且潜热传热量占总传热量的85％以上，蒸发式冷凝器是以传质带动传热的过程；扭曲管和椭圆管正是依靠其特殊的表面结构，形成各个方向的充分混合，提高气流湍动程度或流速，进而达到强化汽液界面处传质的效果。并从气流焓值角度分析了状态参数对蒸发式冷凝器性能的影响，表明湿球温度的影响最大。 利用可视化高速摄像和性能实验相结合的方法，研究盘管表面水流特性，主要是水流分布、脱落、喷淋密度等对传热传质影响的机理，并分析盘管表面协同强化影响，得出水流特性影响的控制阶段和因素。结果表明，扭曲管间为有序的可控制水流，分布均匀，脱落速度快，更易形成柱状流和片状流；实际工业应用中蒸发式冷凝器水流流动形态以滴状流和柱状流的混合流动形态为主，这也是最适合传热传质的流动形态；水流喷淋密度对蒸发式冷凝器总传热效果与性能的影响要比气流速度的影响小很多，约为其影响的40％～50％；操作过程中水流喷淋密度存在一临界最佳值，在迎面风速为2.5m/s，湿球温度为22.8℃时，实验测试值为0.05kg/m·s，超过此值，对传热传质提高不明显，甚至有所降低；水流特性主要对管外水膜传热系数产生影响，喷淋密度在到达最佳临界值前对提高水膜传热系数有利；在气液界面上，水流特性与气流还存在一耦合影响问题，即水流喷淋密度过大，将导致气流流动阻力加大，而气流速度对汽液界面传质更具控制力。当水流对汽液界面面积和湍动程度的提高不足以弥补其对气流速度的降低或二者相当时，那么汽液界面传质将不再随喷淋密度增大而增加，甚至会有所降低。耦合气液两相流及盘管表面形状影响，分析蒸发式冷凝器传热传质控制因素和规律；得出蒸发式冷凝器气液两相操作参数对传热传质影响因子的大小。结果表明，蒸发式冷凝传热传质过程可分为气流控制阶段和水流控制阶段，但无论是在哪个阶段，总排热过程的控制因素和阶段均为汽液界面。扭曲管和椭圆管正是通过其特殊表面与气流和水流的耦合作用结果，使汽液界面传质阻力减小，达到强化传热传质的目的。得出了蒸发式冷凝器各参数的传热传质影响因子大小，湿球温度影响因子为0.15，气流速度影响因子为0.034，相对湿度影响因子为0.018，喷淋密度影响因子为0.015。