沸腾换热因具有高效的换热能力而一直备受关注,它在传统工业以及现代工业中均有着十分广泛的应用。气泡动力学是沸腾换热中一个十分重要的分支学科,气泡行为特性对换热效率有至关重要的影响。本文利用Volume Of Fluid方法,对过冷核态池沸腾过程中有限气泡生长过程进行了数值模拟研究,探究不同工况下气泡行为特性及传热特性的变化规律,为沸腾换热在工业上的应用提供理论基础。首先,本文建立了单气泡模型,对一个周期内气泡的生长、脱离过程进行了研究,并分析了重力、过热度、过冷度等因素对气泡行为的影响。结果表明,气泡生长初期受过热液体层影响,气泡迅速生长,这个阶段表面张力是主导力;随着气泡体积增大,生长速率减缓,这个阶段浮力占主导地位。增大重力气泡所受浮力也随之增大,气泡能够更快脱离壁面,使得壁面热流密度也增大。过热度和过冷度的增大使得壁面与工质之间温度梯度增大,增强了壁面对流换热,由此提高换热性能。随后对一个周期内双气泡和三气泡的生长过程进行了研究。分析了汽化核心间距、三气泡排列方式等因素对气泡行为的影响。结果表明,过冷度为10 K、过热度为20 K时,汽化核心间距越小气泡间作用力越大气泡越容易发生聚并,汽化核心间距为0.6 mm和0.8 mm时气泡在壁面上已经聚并,间距为1 mm时气泡在上升过程中发生聚并,间距为2 mm时气泡不发生聚并。三气泡三角形排列时,气泡更容易发生聚并和脱离壁面,气泡聚并能够增强液体扰动,因此三气泡三角形排列时壁面换热性能也比气泡直线排列时更强。在文中所列举的汽化核心间距中,汽化核心三角形排列间距为0.6 mm时换热性能最强,汽化核心共线排列间距为2 mm时换热性能最差,前者的平均热流密度是后者的125.5%,大大增强了换热性能。最后对比了过热度为20 K、过冷度为5 K时单气泡、双气泡以及不同排列方式下的三气泡在水和FC-72两种工质中生长过程中的差异。结果表明,增加气泡数量有利于强化换热,且工质为FC-72时热流密度能够迅速升高,换热效果更好。