诸多系统工程和技术装备领域都存在液膜流动现象,比如降膜式蒸发器、热管散热器、核反应堆保护外壳的散热、电子芯片的冷却等。冷凝液膜或蒸发液膜的流动和换热特性与工程实际问题密不可分,受到国内外学者的广泛关注。液膜在浮力效应和表面张力的共同作用下,其内部存在着复杂的混合对流换热过程,分析和研究液膜内的层流混合对流换热可以为系统工程的开发以及生产生活等提供理论依据。本课题建立了水平椭圆管底部液膜的三维物理模型以及数学模型,在有限容积法的基础上,利用FLUENT对椭圆管底部受热液膜的层流混合对流进行了数值模拟,以研究其流动和换热特性。分析了液膜内部存在的浮力效应、Marangoni效应和热毛细效应对对流过程的影响,得到了不同工况下液膜内部的温度场和速度场分布,并分别对Ra数、Ma数、Re等无量纲数以及自由表面换热系数、管道截面横纵比、液膜厚度等因素的影响机理进行了讨论,主要结论如下:第一,浮力效应对Marangoni对流有一定的抑制作用,浮力-Marangoni对流比纯Marangoni对流更稳定,两者共存可以增强液膜底部换热强度;第二,当椭圆管底部液膜处于宏观静止状态时,增大竖直方向温差,无论是在零重力还是常重力时,液膜内部的换热强度均增强;增大水平方向温差,液膜内部的换热强度在零重力时表现为一直增强,在常重力时表现为先增强后减弱;第三,当椭圆管底部液膜处于宏观静止状态时,随着管道截面横纵比的增大,液膜内部的换热强度先增大后减小,常重力时液膜内部的换热强度一直减小;随着液膜厚度的增大,液膜内部换热强度变化在零重力时表现为一直减弱,在常重力时表现为先增大后减小;第四,当椭圆管底部液膜处于宏观流动状态时,增大竖直方向温差,在零重力条件和常重力条件下,流体流动入口段略微缩短,充分发展段的换热强度明显增强;增大液膜流速,流动入口段明显增长,充分发展段的换热强度有所增强;增大管道截面横纵比,流动入口段长度增长,充分发展段的换热强度在零重力时一直增大,常重力时先增大后减小;增大液膜厚度,流动入口段长度均明显增长,充分发展段的换热强度基本不变;增大自由表面换热系数,流动入口段长度略微增长,充分发展段的换热强度稍有增加。