如何缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾,高效的利用能源是必然之路。空冷式冷凝器广泛应用于空调制冷、冶金电力和石油化工等各个领域,其合理设计和高效运行具有非常重要的意义,发展新的强化传热手段及技术的研究十分重要和迫切。分液冷凝技术是强化凝结传热的原理性创新方法,从冷凝两相流传热机制考虑实施分段冷凝中间分液等新思路,辅以排液阻汽装置的联箱结构,实现冷凝器传热能力提高3～4倍以上,因此开展分液冷凝技术在空冷式冷凝器中的研究具有一定的学术意义和工程指导应用价值。根据分液冷凝器的结构特性——“分段冷凝-管程间气液分离-全程质量流率相当”提出了分液冷凝器的设计原理:采用多管程设计,管程间设置气液分离提高工质干度,在冷凝过程中获得高换热效果,平行流结构减小管内质量流速降低冷凝压降,最后通过优化各管程内换热管管数达到全程等速。本论文综合运用理论分析和实验研究的方法,对分液冷凝器的优化设计方法和热力性能进行了深入的研究。开发了适用于管程结构优化和热力性能预测的分液冷凝器设计模型,并对模型预测结果进行了实验验证。探讨了不同传热计算方法对模型预测结果和计算成本的影响,提出了在基本计算单元内确定相变界面的方法和基于遗传算法的制冷剂流量分配计算方法。最后,实验研究了不同分液芯结构和不同制冷剂对分液冷凝器热力性能的影响。首先针对分液冷凝器冷凝换热过程中流量和干度不连续的特点,基于分段计算思想,以管程为计算域,开发了基于分液冷凝器管内冷凝传热的集中参数模型,可对具体管程进行热力计算,辅以管内冷凝流动传热的评价准则PF因子,可对管程方案进行比对与优选。通过模型实验验证,算例的传热精度为8.8%,压降精度为26.1%。然后以传热单元为计算域,开发了基于ε-NTU算法的分液冷凝器分布参数模型,同步考虑了同管程间不同换热管因压降、进口流量和干度不同导致的流量分配不均的计算方法、且充分考虑到分液冷凝器平行流结构可能出现的流速范围分布更宽,提出了基于甄别两相流型的传热和压降关联式选用方法,并且协同了管外侧空气换热性能。算例结果表明,与实验数据相比,该模型评价冷凝换热的精度达到7.5%,压降达到20.6%,同分液冷凝器集中参数模型的预测精度相比较,传热和压降预测分别提高了 1.3%和5.5%。随后采用分布参数模型计算比对了有无分液的冷凝器热力性能,在相同计算工况和结构尺寸条件下,的分液冷凝器总平均换热系数提高了 34.6%,总压降降低了74.4%。论文还基于AMTD算法和LMTD算法,提出了改进型分布器参数模型。算例分析结果表明:AMTD算法换热量计算值偏大,ε-NTU算法居中,LMTD算法最小,AMTD算法和ε-NTU算法计算成本相近,且远小于LMTD算法。还提出了能够解决由于基本计算单元内存在相变界面而引起的关联式误用所导致的计算精度下降问题的“计算单元内的自适应分裂相变界面确定法”。对比了确定管间流量分配不均匀性的常规制冷剂流量分配迭代计算法和基于遗传算法的制冷剂流量分配计算法两种方法,发现遗传算法通用性更强,计算过程更简易。由于前述模型均需输入每管程进口干度,而进口干度与气液分离联箱的结构和冷凝器的工况有关,因此,本论文还实验探索了分液芯结构对分液冷凝器热力性能影响的规律,发现漏液率和分液小孔的孔径与数量对分液冷凝器热力性能影响较大,结果显示:第二芯漏液面积最小的分液冷凝器平均换热系数比漏液面积最大的大7.7%～12.7%;第二芯漏液面积居中的分液冷凝器压降最小和且综合性能最好,其PF值比综合性能最差的漏液面积最大的分液冷凝器小6.9%～24.0%。本文实验考察了不同制冷剂下分液冷凝器的热力性能,工质由R410A替换R22后,由于分液效果的恶化或失效导致了冷凝器压降增大了32%～47%,平均换热系数降低了 11%～17%,说明分液冷凝器必须根据制冷剂的热力特性重新设计其气液分离结构和管程优化方案。