冷凝是许多工程系统中的一个重要过程,如热管散热器、核电站非能动安全壳冷却系统(PCCS)、海水露点蒸发淡化技术、天然气烟气余热冷凝回收技术及各类能源化工动力系统中。对冷凝过程的深入认识,于强化传热、热安全、余热回收等领域有着重要意义。本文基于Fluent对纯水蒸气及含不凝空气的混合气体冷凝换热进行数值模拟研究。气液两相流模拟采用VOF方法,水蒸气在不凝空气中的输运过程采用组分输运模型。第一章详细介绍了研究背景、冷凝过程、冷凝或蒸发相变的研究现状。第二章建立了冷凝换热数值模型。基于气体分子动力学推导出相变系数模型。相变的源项通过用户自定义函数(UDF)添加到相应方程中。借助混合气体物性参数的参考资料,结合本文设计工况,确定了各参数物性的取值。混合气体密度选用理想气体状态方程求解,其余物性采用经验公式或通过查表多项式拟合计算,各项物性参数均通过UDF设置。第三章对纯水蒸气表面冷凝和直接接触气泡冷凝过程进行了数值模拟。通过计算三个经典问题验证了本文模型的可行性和正确性。研究表明,对于含波纹的膜状冷凝,重力减小会使液膜增厚,换热变差；表面张力和接触角增大,都会使液膜波动增强,换热得到强化。水蒸气气泡冷凝上升过程中的变形和速度与M数,Eo数和Re数相关。对于较大的气泡,其冷凝变形运动过程更复杂,且冷凝后期的破碎使冷凝加速；气泡存在期和初始直径几乎呈正比关系。第四章数值研究了含不凝空气在竖直平板和水平圆管内的混合气体冷凝过程。数值结果表明,少量不凝空气对水蒸气对流冷凝的影响并不十分明显；随不凝空气质量分数的增加,对流冷凝换热明显下降；含少量不凝空气的混合气体对流冷凝,忽略液膜影响时壁面换热系数约有8%升高；水蒸气-空气混合气体流速升高对对流冷凝换热系数的提升低于纯对流换热。圆管内冷凝换热约占总传热的89%-91%,而纯对流换热约占9%～11%；冷凝抽吸作用使纯对流换热强化约100%-200%。