多孔介质中能量,动量和质量的传递现象遍及于工业生产的各个领域,例如：石油开采,食品、药材和农产品对流干燥;各种工业换热设备中的多孔材料里的蒸发以及毛细抽吸过程等,对其内部流动传热过程的深入研究有着十分重要的意义。格子Boltzmann方法(LBM)是一种基于统计演化分布函数的介观方法,已经成功模拟了大量流体的流动和相关的输运现象。通过Chapman-Eenskog展开,可以证明该方法与N-S方程是相容的。格子Boltzmann方法最大的优点是可以方便地处理粒子间的相互作用以及具有复杂几何结构的边界条件。本文以毛细泵回路(CPL)系统的蒸发器为研究背景,结合LBM和多孔介质构造算法,从孔隙尺度模拟多孔介质内的各种传热传质现象,特别地对多孔介质内伴随着蒸发相变过程的流动换热现象进行模拟,进一步从孔隙尺度理解多孔介质内的流动传热机理,为各种具有多孔结构的热控装置,特别是CPL蒸发器等,提供更好的理论指导。主要工作包括：1.2D,3D随机多孔介质计算机重构分别采用堆叠法和数学统计方法构造了二维和三维随机多孔结构。前者主要是采用QSGS生长法,直接在计算区域内生长出随机的多孔介质,后者主要是根据实际蒸发器内多孔毛细芯的端面SEM照片,通过图像分析理论得到孔隙率、孔径、相关性等数学特征,再通过一定的空间拉伸得到与实际二维切片具有类似统计特性的三维随机多孔介质。2.多孔介质内相变传质过程的孔隙尺度模拟建立了描述相变传质过程的多相格子Boltzmann模型,计算分析了蒸发时气泡形成,长大,融合的过程,得到了相变过程中的液相和气相质量变化的曲线。通过在上述多相格子Boltzmann模型中加入特殊的力项,借以区分亲水与疏水性物质,结合图像处理所得到的多孔介质,模拟了二维多孔介质内蒸发相变以及气泡形成的过程,分析了气泡在多孔介质内的产生,长大以及融合过程。3.多孔介质内多相复杂导热过程的孔隙尺度模拟采用多松弛时间表征具有不同导热系数材料的方法,建立了D3Q7三维多相格子Boltzmann导热模型。采用QSGS以及数学重构法得到三维随机多孔结构。计算模拟了毛细芯内从加热到内部达到饱和态的过程。分析了不同热负荷,不同孔隙率等对多孔介质导热过程的影响,得到了模拟结构下,芯体内开始达到饱和点的时间的拟合公式。同时采用该LBM导热模型计算了各种多孔介质有效导热系数这一重要的物性参数,分析了有效导热系数随着孔隙率,孔径等结构参数的变化。4.蒸发器内流动与换热的孔隙尺度模拟建立了用于描述二维和三维流动与传热耦合过程的双分布函数格子Boltzmann模型,构造了蒸发器整体结构,包括蒸发器外壳,蒸汽槽道以及多孔毛细芯。采用上述LBM结合构造出的结构,探索性地对伴随相变过程的蒸发器内的流动传热机理进行了研究。模拟出了一些传统的数值方法所得不到的现象。5. CPL环路系统的数值模型研究基于LBM计算得到了循环工质的热力学特性方程,建立了描述CPL系统热力学和动力学特性的瞬态模型,利用该模型分析了系统启动过程,分析了不同热负荷,储液罐温度波动等对系统运行特性的影响。