随着经济的快速发展,工业化和城镇化建设的加快,冷凝换热需求也在不断增加。蒸汽冷凝作为最常见的物理过程之一,广泛存在于自然界和工业中。正确的认识并合理的运用冷凝这一重要的相变过程,对于人类生产生活的各个领域都至关重要。本文采用ANSYS FLUENT软件,基于VOF方法对纯蒸汽以及含不凝性气体(空气)的冷凝换热过程进行数值模拟研究。主要研究内容与结论如下:(1)基于VOF模型,通过添加相变模型、湍流模型、表面张力模型以及壁面黏附模型,建立了纯蒸汽冷凝换热过程的数值模拟计算模型。在此基础上,通过启用组分输运模型,对含不凝性气体的冷凝过程进行了数值求解。(2)对不同流态的纯蒸汽在竖直平板上的膜状冷凝过程的影响因素进行模拟分析。分析结果表明,无论是层流还是湍流膜状凝结过程,蒸汽流速增大、壁温升高、壁面接触角变大都会使得蒸汽冷凝水量减少;壁温升高导致蒸汽传质速度减小;蒸汽流速增大、壁温升高、壁面接触角变大都会使得蒸汽冷凝过程换热系数增大。但是,可以明显看到湍流状态下的蒸汽冷凝换热效果要好于层流状态。进一步针对层流与湍流的蒸汽膜状凝结过程,通过模拟研究蒸汽主流速度与壁温对竖直平板的温度场与蒸汽浓度场的影响,得到蒸汽冷凝过程中场协同作用机理。随着蒸汽流速增大,壁温降低,冷凝过程中的温度梯度会逐渐增大。蒸汽流速增大与壁温升高都会使得浓度梯度减小。但是,最终蒸汽冷凝过程换热效果还是取决于温度场与浓度场相互之间的协同作用。(3)通过对Ren的水平圆管内混合蒸汽冷凝实验进行数值模拟计算,研究不凝性气体(空气)浓度以及混合蒸汽入口流量对于蒸汽冷凝换热效果的影响。不凝性气体(空气)浓度升高会导致换热系数急剧减小。随着流量的增加,蒸汽浓度梯度减小,温度梯度增大,使得两场的协同作用增强,增强混合蒸汽冷凝换热效果。