泡沫金属由于其特有的微观骨架结构,具有高孔隙率、高导热系数等特点,在航天航空、高效电子冷却、建筑节能等领域具有广泛的应用前景。由于泡沫金属的结构复杂性,泡沫金属内气液相变强化传热机理研究尚不清晰。目前泡沫金属强化沸腾传热的研究主要在宏观层面展开,以实验研究为主,通过实验数据分析,获得经验理论计算公式。然而泡沫金属强化沸腾换热的实验研究还不够充分,同时泡沫金属微观孔隙结构对气液两相流动和换热过程的影响尚未阐明。本论文针对现有泡沫金属强化沸腾换热研究的不足,结合泡沫金属的孔隙结构特点,在充分分析沸腾相变换热物理机制的基础上,对泡沫金属强化沸腾换热过程进行了系统研究。具体的研究内容包括：1.多孔介质内气泡动力学特性的LBM方法模拟研究。将泡沫金属视为多孔介质,基于泡沫金属的骨架结构,建立了多孔介质内气泡动力学行为的物理模型,利用lattice Boltzmann method (LBM)方法模拟等温条件下孔隙尺度内的气-液两相流动。考虑多孔介质内流体间以及流固间的相互作用力,采用多组分单松弛的Shan-Chen模型,模拟气泡在孔隙结构内的运动形态。基于该模型,分析多孔介质对气泡动力学行为的影响,探索气泡直径、多孔介质骨架间距以及多孔介质骨架布置方式对气泡上升速度的影响,研究流场对气泡运动特性的影响。在研究单个气泡运动特性及其运动过程的基础上,考虑气泡之间和气泡与流体之间的相互作用力,研究多个气泡运动过程中的运动轨迹、聚并行为等动力学行为。研究结果表明,由于多孔介质的存在,在靠近多孔介质的地方,两相流流场发生了改变,流线发生弯曲,从而改变气泡运动速度和运动形态：合理配置多孔介质结构参数可以加快气泡的运动速度,从而强化气液两相流动与换热过程。研究结果有助于深入认识泡沫金属强化沸腾换热过程。2.含有泡沫金属的加热表面过冷池沸腾相变换热试验研究。在综述国内外池状沸腾试验装置现状并结合实际情况的基础上,设计并搭建一套用于测定泡沫金属强化池状沸腾传热性能的试验装置,研究含有泡沫金属的加热表面过冷池沸腾相变换热特性,揭示加热表面相变换热性能的作用机理和影响因素,如泡沫金属pores per inch (PPI)值、热流密度、加热面倾角等。重点探索基于孔隙尺度的可视化试验研究方法,揭示了微观孔隙结构下池沸腾换热过程中气泡在泡沫金属孔隙内的动力学行为,如气泡生长、气液界面动态变化、气泡融合等现象。研究结果表明,多孔金属结构对气泡运动过程和形态变化具有重要影响。当泡沫金属PPI值增大时,其孔隙数目增多,孔隙直径减小,换热面积增大,沸腾气泡核心增多,但是泡沫金属的渗透率减小,增大流体流动阻力和气泡逃逸阻力；当泡沫金属厚度增大时,换热面积增大,沸腾成核点增多,流体流动阻力和气泡逃逸阻力增大。3.填充泡沫金属的方管内流动沸腾强化换热研究。设计并搭建一套用于测定填充泡沫金属的方管内流动沸腾强化换热研究的试验装置,记录试验过程中温度和压力等参数,并且观测管内流型变化。建立方管内流动沸腾气液两相流动与换热模型,并与实验结果进行验证；研究填充泡沫金属的方管内流动沸腾压降特性；研究填充泡沫金属的方管内流动沸腾换热特性,探索其换热特性的影响因素,如泡沫金属PPI值、热流密度、质量流量等。当泡沫金属的PPI值增大时,试验段的换热系数和单位压降△P增大。因此,泡沫金属提高流动沸腾换热性能是以增大管内压降为代价的。在应用泡沫金属强化两相换热的过程中,需要综合考虑换热和压降性能,以作出合适的选择。本文采用理论与试验相结合的方法研究泡沫金属内沸腾换热特性,探索泡沫金属强化沸腾换热过程的各种影响因素。相关研究将进一步完善泡沫金属内气液两相流动与换热理论,同时对于泡沫金属在低温制冷等领域的应用提供理论指导和技术支撑。