冷凝传热是一种高效的相变传热过程。强化冷凝传热,可实现冷凝器小型化,降低海水淡化系统的投资成本;强化冷凝传热,可降低热功转化系统的冷端参数,有助于提升能源转换效率,更好地服务于碳达峰、碳中和需求。现有的强化冷凝传热技术主要沿用单相传热强化思路,包括管内扩展受热面、管内插入物等。本课题组提出了流型调控,即“相分离”的思想,在冷凝管内悬空插入丝网膜管,开发了一种新型相分离冷凝器。前期研究主要针对ORC系统有机工质冷凝传热的强化,开展了常压及中高压下水平管内的可视化及冷凝传热实验,验证了丝网膜管对汽液两相流的调控作用及传热性能的强化效果。本文主要针对火电厂热力机组的冷凝系统,在真空状态下对竖直管内水蒸汽的冷凝进行了研究,不仅探讨了丝网管对传热性能的影响,还关注了丝网管对汽液两相流动阻力及两相流动不稳定性的影响。首先,在竖直光管内进行了水蒸汽的冷凝换热实验,管内径为14.83 mm,管长为1000 mm。为契合火电厂凝汽器设备的优化发展,本实验工况选取:实验段入口压力Pin=7～25 kPa,对应饱和温度Tin=40～65℃,蒸汽质量流速G=5～20 kg/m2s,实验段入口干度xin=0.5～0.8,冷却水质量流量mc=50～300 kg/h。根据换热管内汽液两相流流动形态可将实验工况划分为两类:以弹状流型为主的液泛工况和以环状流型为主的环状流工况。液泛工况下,换热管内汽液两相在界面剪切力、摩擦力及重力的作用下发生液泛,流动不稳定,实验段入口温度、管壁面温度发生周期性波动,导致传热恶化,压降增加;环状流工况下,换热管内温度分布均匀,传热系数随着蒸汽质量流速及入口干度的增加而增大。为了改善管内冷凝传热性能,在竖直管内插入三种不同结构参数的不锈钢丝网管,表面孔径分别为15 μm、200 μm、350 μm,其中,插入孔径200 μm的丝网管,传热及压降综合性能最佳。换热管内的流动区域被分成两部分:丝网管与管壁面间的环隙区、丝网管内部的核心区,调控了换热管内汽液两相流的分布。液泛工况下,由于丝网管表面微孔结构毛细力,冷凝过程中的汽弹被挤入环隙区流动,使环隙区空隙率增加,壁面液膜减薄。通过可视化实验观察到,当长汽弹流过丝网管时,由于丝网管内外存在压差,在丝网管入口处汽弹会发生断裂,汽弹周围的液膜被更多地吸入核心区,避免了在换热管内积聚而压迫汽弹改变流向,液泛得以消除。液泛工况下内插丝网管相分离管具有以下效果:（1）抑制了液泛的发生,温度波动最大减小了 79.17%;（2）强化了蒸汽冷凝传热效果,最大强化效果可达7.47倍;（3）降低了管内汽液两相流的摩擦压降,最大降低48%。环状流工况下,丝网微孔对液体的“吸引”作用,将环隙区冷凝液吸入核心区,减薄了管壁面液膜,强化了冷凝传热,最大强化效果达1.77倍;由于插入物减小了管内汽液两相流通面积,摩擦压降增加,综合考虑,传热压降综合因子PEC>1,表明环状流在插入丝网管的相分离管中传热性能得到了改善。本文证实了丝网管对竖直管内弹状流型和环状流型的调控效果,解决了汽液相变传热存在的三方面问题:传热性能需提升、两相流动阻力大、两相流流动不稳定性,提高了冷凝传热设备的能源转换率,对实际工业应用有指导意义。