空气预热器是锅炉系统的重要辅助装置,是利用烟气热量提高锅炉进口空气温度的换热设备。近几年提出的两段式空气预热器技术,考虑不同烟气温度区间的换热过程,可实现更大程度的余热回收,而其低温段涉及含水蒸气烟气冷凝换热问题,目前研究还不够充分。进一步开展相关研究工作,提升空气预热器换热效率,对于锅炉系统节能减排具有重要的科学意义和工程价值。本文主要采用数值方法对两段式空气预热器冷凝传热传质过程进行研究,揭示冷凝换热规律并对换热结构进行优化,主要工作和结论如下:（1）建立了描述不凝气体-水蒸气混合气沿竖直管冷凝换热过程的数值计算模型,并通过Kuhn冷凝实验管内中心混合气体温度、管壁温度等参数验证了模型的可靠性。通过数值模拟,分别研究了不凝气体-水蒸气混合气在竖直管内流动和管外流动的冷凝传热传质规律,结果表明,两种情况下传质速率均由管壁到混合气中心逐渐降低,冷凝液膜厚度沿管长逐渐增加,随着换热的进行,管横截面平均传质速率沿管长逐渐增大,气液交界面传质速率逐渐减小;不同的是管内冷凝情况下,冷凝出现位置距离管口更近,且初始液膜较厚,而管外冷凝情况下,冷凝液膜厚度沿管长的增长速度高于管内冷凝;相同工况下混合气管外情况下的传热系数高于混合气管内的情况。（2）设计两段式空气预热器结构,其中低温段烟气通过管外冷凝进行换热,通过数值模拟考察了进口参数对低温段冷凝传热传质过程的影响,考虑冷凝换热效率并避免高温段出现露点壁温,提出低温段进口烟气操作温度范围为345K-355K,研究表明,因运行工况偏离设计工况而导致低温段空气出口温度不满足要求时,可通过降低空气流量或提高进口烟气温度调节,提高进口烟气流量虽然可促进显热换热,但是冷凝换热效率降低,换热效果总体提升不明显。（3）针对空气预热器低温段壳程流场,研究了转向室内的马蹄涡现象,探讨了涡旋分布及涡旋强度对冷凝换热性能的影响,发现由于转向室内烟气流动方向发生转变而产生的马蹄涡会导致烟气温度和烟气中的水蒸气含量不均匀,进而影响换热效果;通过改变转向室结构和设置导流板可重新组织烟气流场,避免局部产生强度和面积过大的涡旋结构,提升换热效果,结构优化后换热量提高3w/m~2。（4）在对转向室结构进行整体优化基础上,进一步考察了导流板位移、半径、厚度和椭圆度对冷凝换热的影响。研究表明,在本文设计的转向室结构内导流板位移为125mm、半径为125mm、厚度6mm时效果较好;在此基础上,进一步研究了椭圆度对导流效果的影响,结果表明导流板长轴与短轴之比为1.5时整体传热传质性能效果较好。