复合材料壳体的成型质量主要取决于制造工艺。传统的复合材料壳体成型通常采用“外固化”工艺,即将缠绕后的壳体放入热压釜或固化炉内加热固化,由于缠绕和固化两个过程需要分开进行,因此这种工艺会限制成型效率。“内固化”工艺利用复合材料筒形壳体结构的有利条件,解决了这一问题。它是将复合材料在可通入蒸汽的芯模上缠绕成型,然后通入高温蒸汽对芯模加热,实现了缠绕成型后的复合材料壳体的原位固化,大大缩短了工艺时间,降低了工艺的复杂程度,提高了成型效率。虽然“内固化”工艺在工程上的成功应用为热缠绕工艺提供了可借鉴的思路,并且热缠绕工艺与“内固化”工艺有许多相通之处,但热缠绕工艺仍然有许多尚待解决的问题,例如,芯模温度不均导致壳体出现分层现象,用高温蒸汽来实现较低的控制温度完全基于经验等等,这就需要对热缠绕工艺中许多基础理论进行更加深入的研究。本文介绍了热缠绕工艺原理,建立了复合材料热缠绕工艺蒸汽加热过程数学模型,包括湍流模型、两相流模型和固流耦合模型,基于有限元方法和流体分析软件Fluent对蒸汽加热过程的蒸汽流动和芯模传热过程进行数值模拟,对仿真结果进行了实验验证。仿真结果显示了蒸汽流场的速度场、压力场和温度场的分布情况和变化历程,根据仿真结果分析了蒸汽流场内压力、速度、温度等物理量与蒸汽控制参数和流道结构参数之间的关系,根据分析结论改进了芯模结构并对采用改进前和改进后的芯模生产的管道进行了性能对比试验,试验结果显示改进后的芯模能够在一定程度上提高复合材料管道的性能。本文的研究为复合材料壳体热缠绕工艺的实现以及芯模结构参数和蒸汽控制参数的优化提供理论依据。