随着科技的不断发展,冷凝换热需求不断增加,相比于传统的单相流换热方式,多相流的研究逐渐进入大家视野。在许多实际应用中冷凝成为重要的换热手段,例如核电厂的非能动安全壳冷却系统、水冷凝汽器以及广泛应用在电子产品、航空航天、高原铁路的热管散热器等。分析冷凝的影响因素及宏观现象对提高凝结效率有重要意义,而冷凝的研究角度丰富,本文就最常应用于各个领域的垂直管内纯蒸汽与含不凝性气体的混合蒸汽凝结展开讨论。由于理论分析方法的经验公式有一定的前提限制,而实验的方法又耗资较大、周期较长,数值模拟的方法一并解决了上述问题,于是本文选取数值模拟的研究方法针对垂直管内的纯蒸汽及含不凝性气体的混合蒸气凝结展开研究,具体的研究内容与结论如下:(1)针对垂直管内的凝结,经过合理简化建立了二维几何模型,随后进行网格划分及边界条件的设定,利用VOF方法捕捉相液界面,CSF模型计算表面张力,多组分模型实现含不凝性气体的组分构建。由于FLUENT自带相变模块无法准确的模拟冷凝的发生,本文提出液膜生长模型,利用UDF编程实现软件冷凝模块的补充。(2)针对含不凝性气体凝结的情况,按照不凝性气体含量分成10%以下、10%—30%、30%以上三个阶段。有别于前人研究,结合实际本文在探究含不凝性气体凝结时在不凝性气体含量较低时不忽略液膜,在关注换热情况的同时也同样关注液膜的形成。通过研究发现,在纯蒸汽及含不凝性气体凝结时管内液相流态均以环状流为主,但当不凝性气体含量较高时流场更复杂,液膜会出现局部断裂,甚至有出现液滴夹带现象。速度场均显示在贴壁处有较大速度梯度,从入口到出口方向速度呈减弱趋势。(3)结合实际不同工况,为探究管内凝结传热特性,本文进行了参数敏感性分析,最终得出以下结论:接触角的增大使得换热系数也有所增加;随着管径的减小而增大。当速度增大时换热系数也随之增大,壁温的增大使得凝结换热的温差减小换热系数增加。导热系数较大的材料会增强凝结的换热效果,使得换热系数增加。对于不凝性气体,含量越高换热系数越小,当含量在10%以内换热系数变化剧烈,高于10%以后换热系数变化较平缓。