● 摘要
沸腾换热作为自然界普遍存在的现象，在生活和生产中也都有着广泛的应用。沸腾换热因其具有优良的换热特性，至今仍是国际上传热传质研究工作者最热衷的研究热点。随着沸腾换热的应用越来越广泛，其工作环境也不再是简单的地面环境，包括机载振动环境、微重力环境、电场环境等。对于只研究沸腾换热性能的传统方法，已不能全面揭示新工作环境下沸腾中的现象。沸腾汽泡运动和换热特性的研究对于揭示新环境下沸腾换热机理具有重要意义。
本文将利用VOF方法和用户自定义函数相结合的方法，实现沸腾汽泡运动界面的追踪和汽液两相间的传热传质，完成对微液层内单汽泡和多汽泡生长运动规律和换热特性的研究，为以后模拟新环境下的沸腾汽泡的运动和换热特性打下基础。
对于单汽泡研究得到了，单个汽泡在上升运动过程中的生长曲线、换热特性曲线，汽泡在生长不同时刻的外形变化、速度等值线分布等，详细地分析了单汽泡的运动规律，并指出汽泡运动和热量传递间的关系。考察了壁面过热度、液体过热度和过冷度、静态接触角与汽泡生长速率、生长周期和脱离直径的关系，结果表明：汽泡脱离直径由汽泡生长速率和生长周期共同决定，汽泡生长速率受很多因素影响，相比较其他因素，液体过热度对其影响较大。汽泡生长周期主要受加热壁面和液体之间的过热度决定，过热度越大，汽泡生长时间越长。
在单汽泡上升运动规律的基础上，讨论了两个以不同方式组合的，不等大汽泡和等大汽泡间相互作用的运动规律，并从这些运动规律中得出以下结论：对于两个等轴汽泡，不管汽泡大小和上下位置的布局如何，两个汽泡的运动过程都会得到加强，这一结果将会促进热量的快速传递；对于两个大小汽泡间的运动，大汽泡容易起到主导作用，且对小汽泡的运动规律和外形变化都有很大的影响；对于两个等大汽泡的运动，相互作用效果相当；两个等大汽泡会由于不同的组合方式和布局，对周围速度场的影响和分布皆不同，等大汽泡配合的结果对两汽泡运动是加强还是减弱，和等大汽泡的初始布局有很大关系。在汽化核心对通过加热壁面热流密度影响的研究中发现，近壁面换热量并不是随着加热壁面汽化核心数量的增大而持续增大，而是存在最优值，过多的汽化核心在扰动近壁面温度场分布的同时，也阻碍了热量的传递。