能源问题是人类文明进一步发展需要解决的首要问题,提高能源利用率、传热效率的方法和技术的突破显得尤为重要。核态沸腾作为一种高效换热方法,广泛应用于各种存在高热流密度的工业领域,同时各种强化核态沸腾的手段和方法得到了大量地研究。实验研究已经表明微柱结构表面能够有效强化沸腾换热系数并提高临界热流密度。但是核态沸腾作为一个涉及气、液、固三相且存在一定随机性的问题,实验手段在测量各种物理量的细节上存在限制,通过数值模拟来研究微柱结构表面上核态沸腾显得十分必要。本文综合考虑了沸腾过程气液界面的追踪捕捉、气液界面蒸发机理、微层蒸发机理、成核点的合理设置和计算域侧壁面流动的合理描述,基于CFD方法进行了微柱结构表面单气泡核态沸腾的数值模拟。通过数值模拟分析了微柱结构表面上成核点位置不同造成的差异,微柱高度、微柱密度对单气泡核态沸腾的影响。对于微柱间隙底部角落和微柱间隙底部中心两种成核位置,生长阶段中,气泡与壁面接触方式以及壁面的温度分布存在差异。脱离阶段后,角落成核气泡表现出非对称脱离形貌,气泡脱离速度更快;中心成核气泡左右两侧脱离过程始终保持对称,且脱离速度较慢。中心成核较慢的脱离过程造成壁面温度回升滞后,且具有更大的微层和气液界面蒸发换热量。微柱高度的增加将增强气泡在微柱间隙内生长受到的限制作用,气泡基底面积在生长阶段会出现减小再增加的过程,生长阶段后期气泡呈现出头部大,根部小的“蘑菇状”。这使得随着微柱高度增加,气泡脱离阶段时间显著缩短。微柱高度更高情况下,微层和气液界面蒸发速率更大,气泡生长速率更快,气泡在更多的总换热量的情况下更快的脱离,强化沸腾传热效果随着微柱高度提高而显著增加。微柱密度的增加减小了微柱间隙,增强了微柱间隙内的毛细作用。这使得气泡更早进入脱离阶段并更早脱离整个表面,微柱密度增大到一定程度后生长阶段时间占总时间比值将显著减小。微柱密度增加对气液界面蒸发速率的影响不大,但显著降低了微层蒸发速率,虽然气泡脱离时间加快,但时间平均换热率下降,强化沸腾效果反而减弱。