格子Boltzmann方法是一种起源于格子气自动机,而后又被证明可以通过对速度、空间和时间离散,由连续玻尔兹曼方程推导得出,可用于模拟粘性不可压缩和可压缩流体流动与换热的方法。格子Boltzmann方法与传统的计算方法相比,它是从微观角度建模,并具有算法简单,其控制方程的对流项是线性的,同时流体的压力也无需求解Possion方程得到,能处理复杂的边界条件和并行性高等优点,现在已经应用于流体力学的多个领域。格子Boltzmann方法基于气体动力学。低Ma数极限情况下,格子Boltzmann Bhatnagar-Gross-krook(LBGK)模型是模拟不可压流体流动和传热的二阶算法。但边界处理的数值精度依赖于不同边界处理方法的选取。本文采用LBGK模型,圆管曲面边界采用非平衡态外推法。模拟了外掠圆管和管束的流动和传热这一在工程实际中的经典问题,同时探讨非平衡态外推法处理曲面边界时,算法的稳定性和数值精度,其主要工作和结论如下:1)从连续Boltzmann方程入手,通过对速度、空间和时间离散,得到了离散后的格子Boltzmann方程。并从格子Boltzmann方程出发,利用Chapman-Enskog多尺度展开技术,得到了宏观的Navier-Stokes方程,从而建立模型参数与宏观物理量之间的联系。2)理论推导得出双分布函数模型,并且对圆管的曲面边界进行处理(采用非平衡态外推法),与此同时,本文提出了固体内部节点的选择法则,并类推出温度外推法的处理方法等。3)格子Boltzmann方法模拟流体外掠圆管的流体流动和传热发现:R e < 10时流动呈稳定状态,不出现脱体,在流动方向上的温度分布明显拉长,而在y方向的影响范围反而减小;10≤Re< 50时,流体绕流圆管发生脱体,但是仍然能够形成稳态,在圆管背流面形成两个稳定的涡旋,对流换热增强,温度场的分布也因为脱体的作用呈现出两个峰值分布;雷诺数增大至Re≥50的时候,流体流动开始呈现非稳态流动,慢慢的出现卡门涡街。换热系数明显增大,并且温度场在涡街的作用下产生不连续分布。4)随着Re增大,数值计算精确性变差,且能使计算收敛的临界差分比例系数? c也随之增大;对于相同Re数,随着差分比例系数?增大,数值精度越好。5)流体绕流相同管子数目的顺排和叉排管束时,随Re数增大,流动状态由稳态转变为非稳态,换热增强,管间距越大,流动状态越容易转变,换热能力越强。在相同Re数下,叉排换热能力强于顺排。