沸腾换热是涉及气液两相流的能量储存与运输过程，对其的研究涵盖了热动力学、流体力学、材料科学以及物理化学等众多学科领域。控制沸腾换热中能量的存储与传输过程，是优化能源生产、调整资源分配的有效途径。地面常重力环境下浮力引起的自然对流和气泡上升，掩盖了其他众多因素对沸腾换热的影响，导致了人们对沸腾换热机理的认识还只能停留在经验公式上，不具有普遍性。低微重力场下的沸腾换热物理模拟实验，在揭示沸腾换热机理方面起到了积极的推动作用，但目前的实验数据还不太系统，得出了很多相互矛盾的结论。数值模拟作为一种补充研究手段，在揭示和验证沸腾换热机理方面具有重要的意义。为此，本论文基于相场法，利用了相场函数来描述气液两相自由界面的演化过程，建立了包括流场、温度场以及两相动态界面捕捉的多物理场耦合数学模型，重点对低微重力环境下气泡在加热面上以及液相中的形核、长大、变形、脱附的动态行为及传热进行了数值计算。本论文得到了如下主要结论：论文的第一部分，基于Navier-Stokes方程和对流传导方程，建立了描述池内核态沸腾过程中单个气泡动力学的数学模型。模型中引入了相场函数，用于追踪气液相变时两相之间动态的自由界面。数值计算了单个气泡在液固界面以及液相中的形核、长大、变形、脱附的动态行为。数值模拟结果与NASA在低微重力环境下的物理实验结果定性一致，这验证了本文数学模型和数值方法在模拟低微重力场下池内核态沸腾过程中的正确性与实用性。论文的第二部分，基于上述数学模型及数值方法，针对池内核态沸腾单个气泡动力学及传热过程进行了系统的计算，得到了气泡的生长变形曲线、气泡的脱附半径、脱附时间、加热面上平均热通量等在不同重力水平、液体过冷度、接触角时的变化规律。结果表明，在核态沸腾气泡长大过程中，气泡基底在加热面上发生扩张与收缩行为，顶部连续地向液相推移；随着重力的减小，气泡的脱附半径增大，脱附时间延长，且伴随着加热面上平均热通量的降低；随着液体过冷度增大，气泡的脱附时间延长，平均热通量增加，而脱附半径几乎不发生变化；随着接触角的增大，气泡的脱附半径和脱附时间都增大，平均热通量减小。论文的第三部分，针对Marangoni对流对池内过冷沸腾的影响进行了研究。计算得到了单个气泡周围Marangoni对流流场的分布、气泡在加热面上的动态演化行为，分析了Marangoni对流对沸腾换热的影响。结果表明，Marangoni对流引起了气液界面附近液体的环形流动，以及气泡基底水平流速的变化；0g重力下，Marangoni对流增强了加热面上的热量传递，并且主导着气液界面附近能量的传输；气泡的长大-合并机理表现为小气泡的长大、横向的迁移，最终与母气泡合并形成新的气泡。本论文的研究结果表明：低微重力场下，气泡在加热面上的动态行为受重力、液体过冷度以及加热面接触角的变化影响较大，这主要是因为低微重力环境下，浮力的作用被大大的削弱，伴随气液两相流的其它物理机制慢慢凸显出来。比如，表面张力、粘性应力、惯性力使界面发生变形以及Marangoni对流引起气液两相流动等等。本论文通过数值模拟手段，实现了对低微重力场下池内核态沸腾过程有关问题的系统计算，为相关的实验研究提供了一些有价值的参考。