随着科学技术快速发展,工业产品趋于微型化,不仅需要提高产品集成度,同时还需要提高换热设备的性能指标。但是,随着换热设备的不断改进以及使用环境的特殊要求,传统的强化换热方法在实际应用中受到了一些限制。因此,一些学者提出了一种新型的换热介质——纳米流体。纳米流体因纳米颗粒的高导热性,是一种潜在的高性能换热流体,不仅能够有效的提高换热设备的传热性能,还可以提高设备的高效紧凑等性能指标,在航空航天、电子等领域具有广泛的应用前景。为了更好的应用纳米流体,需要全面了解纳米流体的换热机制。本文利用格子Boltzmann方法对纳米流体的流动和换热特性进行了数值模拟。格子Boltzmann方法(LBM)是基于分子动理论发展而来的介观模拟方法,与传统的计算方法相比,格子Boltzmann方法具有很多独特的优点。例如,物理图像显示清晰、边界条件处理方便、计算程序简单、并行性好。利用LBM方法研究纳米流体,考虑了纳米颗粒的随机扩散以及不连续分布情况,克服了传统模拟方法的不足。该方法建立在离散的微观模型上,容易处理纳米粒子间作用力、粒子与流体间作用力等相互作用方面的问题,并且通过推导可以在宏观层面上呈现流体的动态,满足模拟的真实性。本文介绍了LBM的基础理论、基本模型、常见的边界处理方法以及利用LBM方法模拟的计算过程。本文首先采用单相LBM方法模拟封闭腔体内的纯流体Raleigh-Benard自然对流,得到不同Ra数下,封闭腔体内流体的温度和流线分布情况。接着,利用LBM的多相多组分模型,对纳米流体Raleigh-Benard对流的换热特性进行数值模拟,得到了纳米流体温度场和流线的分布,分析了不同Ra数下,纳米颗粒体积分数、纳米颗粒粒径对纳米流体平均Nu数的影响,总结了这些因素对纳米流体流动和换热的影响,并比较了传统的换热介质与纳米流体的换热性能。最后,本文利用LBM方法中的正模型和Inamuro热模型,模拟底部加热方腔内的单个液滴蒸发过程中液滴的形状变化,分析液滴及其周围的温度场和流线分布情况。