摘要：气泡广泛存在于气-液两相流中,其生成和运动规律是气-液两相的基本问题。因此,全面深入地研究气泡动力学特性对解决实际工程中的问题具有一定的指导作用。本文采用CLSVOF (Coupled Level Set and Volume Of Fluid)模型,并考虑表面张力的运动方程,对气泡的生成、运动及变形进行了数值模拟,深入研究了气泡动力学特性,主要完成的工作和得出的结论如下：(1)采用将VOF (Volume Of Fluid)和Level Set模型相结合的CLSVOF模型的进行相界面追踪,给出了该模型的求解流程及其中的相界面构造和距离函数初始化等关键过程的实现方法。通过对重力场下单个气泡生成及运动过程的数值模拟,指出CLSVOF模型可以弥补VOF模型曲率计算不准确和界面光顺性差的缺点以及解决Level Set在计算过程中质量不守恒的问题。(2)模拟了不同工况下单个气泡的生成过程,得到气泡脱落时间和脱落体积与气体流量、浸没孔直径、接触角大小、相对粘度和相对密度等参数的关系。当θe≤50°时,气泡脱落体积和脱落时间不受静接触角θe影响；当θe上升到大于100°后,此时气泡的脱落体积约为θe<50°时的三倍。当气体的入口流速v≤0.05m/s时,脱离体积不受气体流速影响。当气体流速v>0.05m/S时,气泡的脱落时间按T=0.3471π Q1/5/g3/5变化。且随着气体流量的增加,气泡的生成流型逐渐从SP (Single Periodic)转变为DP (Double Periodic)。对于静接触角为70°的情况下,ρl/ρl,aw,=0.25时的气泡脱落体积比ρl/ρl,aw=1时大了4.7倍；相对粘度从0.1到100增大一千倍,脱落体积只增大了44.64mm3，(3)模拟了气泡在不同工况下的运动轨迹、运动速度和变形规律。得出不同直径气泡的运动轨迹,与采用高速摄像法获得的实验结果一致性较好。气泡的上升速度随着气泡的运动增大到一定值后,围绕末速度震荡。实验与数值模拟结果中,不同直径气泡的上升末速度在粘性力和惯性力控制区域吻合良好,而在表面张力控制区域有所差别。表面张力和粘性力越小,气泡发生变形的时间越早,变形程度也越大。(4)对水平气泡和同轴气泡在浮力作用下的运动及变形过程进行了数值模拟。两个气泡间的聚并行为与升力的表现形式相关,对于空气-水系统中的不同直径的水平气泡,升力系数的符号在气泡直径在5mm到6mm之间将发生转变。当S≤2.25,平行气泡发生聚并,当S大于5,两个气泡将不再相互影响。对于同轴气泡,上方气泡的尾流对下方气泡产生的卷吸作用是两个气泡的聚并的原因；这两种放置方式气泡的上升速度在聚并过程中都呈现前下降后上升的趋势,气泡发生聚并的时间受气泡间距、Eo数和Re数的影响。