低温工质的流动冷凝广泛存在于空分工业、液化天然气工业、以及应用于电子散热、生物医疗以及航天探测等低温两相热控系统之中,其流动、换热特性直接影响着设备的效能和安全运行。本文对氮和氖两种低温流体在管内的流动冷凝展开了实验和理论研究。论文主要工作有以下几部分:低温工质管内流动冷凝流型的实验和模拟研究。开展了氮在4mm、2mm和1mm水平圆管内流动冷凝的可视化实验。结合可视化实验结果和低温工质的物性特征,在Breber流型图基础上,修正提出了适用于低温工质的两相流型图。为了进一步探寻氖工质流动冷凝中的主要流型和相界面分布特征,开展了氮和氖在水平圆管内的流动冷凝的CFD模拟研究,并通过氮工质模拟结果与可视化实验结果的比较验证了模拟的可靠性。氖工质的模拟结果表明,大流量时的主要流型为环状流,小流量时主要流型为分层流,这与修正的流型图的预测结果吻合较好。氮工质管内流动冷凝的换热、压降特性实验研究。测量了饱和温度为104K的氮在4mm、2mm和1mm水平圆管内的流动冷凝换热系数和两相压降。结果表明,换热系数和压降随着流量、干度增加而增加,随着管径、饱和参数增加而减小。将实验结果与流动冷凝换热、压降计算关联式比较发现,Shah换热系数计算关联式与Friedel压降计算关联式与实验结果吻合较好。结合低温工质物性特征,提出了修正的Shah关联式和Friedel关联式。氖工质管内流动冷凝的换热、压降特性实验研究。测量了饱和温度为37.5K的氖在2mm和1mm水平圆管内的流动冷凝换热系数和两相压降,分析了入口参数和边界条件对换热、压降特性的影响。结合实验结果对经典的换热、压降关联式以及本文基于氮工质实验提出的修正的关联式进行了评估。基于低温工质管内流动冷凝流型的实验和模拟研究,确定环状流和分层流是本文实验工况下的主要流型。建立了基于流型的分布参数模型,即:环状冷凝模型和分层流冷凝模型。环状冷凝模型假设液膜沿圆周均匀分布,考虑了相间剪切力的作用,结合常、低温实验验证了模型的准确性,通过环状冷凝模型分析了工质、管径、流量、饱和参数等对液膜厚度、液膜速度、换热系数以及摩擦压降等流动换热特性的影响。建立了分层流冷凝模型,假设管道截面的相界面为一段圆弧。截面的总能量由重力势能和表面能构成,通过最小能量准则计算相界面的具体位置和形状。在相界面计算的基础上,分别针对分层流中的薄液膜区和液池区建立了换热计算模型,并结合常、低温实验验证了分层流冷凝模型的准确性。最后通过分层流冷凝模型讨论了工质、管径、流量、饱和参数等对界面形状、薄液膜区和液池区的换热系数以及截面平均换热系数的影响。