吹气发泡法制备新型功能材料——泡沫铝的过程中,气泡在金属熔体中的行为是影响产品质量的重要因素。现有研究主要集中两方面,一是气泡在熔体中形成、上升、搅拌与弥散过程；二是从“湿泡沫”到“干泡沫”的析液与演化过程,而对于两者之间的气泡在熔体液面上的行为这一中间过程的研究则仍是空白。为了使泡沫铝的研究更完整和连贯,本文借鉴已有的气泡在自由表面行为的研究方法和成果,使用VOF法数值模拟气泡在金属熔体自由表面的行为。首先,通过二维模型分析预测了主要因素如：表面张力、铝液粘性和气泡尺寸对气泡和自由液面的上升、变形、液膜厚度、及破裂时间的影响。引入无因次量Mo数和Eo数,研究了液膜破裂时间的变化趋势。同时模拟了在气泡与自由表面作用一段时间后在原气泡位置再产生新的气泡,来考虑铝液池表面气泡与气泡之间的相互影响。其次,为保证精确性并降低计算量,通过使用自适应网格实现了气泡在金属熔体自由表面行为的三维模拟,得到了比二维模拟更直观的结果。最后,通过修正文献中有关液膜厚度变化理论计算公式,得到了适合铝熔液的公式,并通过计算得到了同数值模拟结果相同的粘性影响趋势。通过以上模拟和计算,总结出了气泡在金属熔体自由表面行为的规律：增加表面张力,使气泡的上升高度降低,自由液面的上升滞后、高度降低,破裂时间提前；增加液相粘性,使气泡和自由液面的上升速度变得缓慢,液膜排液速度降低,延长了排液时间和破裂时间,气泡和自由液面最终的上升高度增加；增加气泡的初始半径,使气泡和自由液面的上升速度变快,上升高度增加,液膜变薄的速度减慢,并略微延长了破裂时间；在大Mo数的情况下,气泡破裂的时间随着Mo数的增加而增加。在低Mo数时,破裂时间还受到Eo数的影响：相同Mo数时,增加Eo数,气泡破裂时间延后。原气泡受到新产生的气泡的作用,使其和自由液面的上升高度增加。新泡受到原泡的影响,上升高度增加,并因原泡的吸附而拉长并与其合并。气泡在金属熔体自由表面上所引起的变化,以如涟漪般的扰动波向四周外围扩散,并在自由液面中心周围产生压力降,这个压力降是驱动液膜中的液相从中心流出的动力。