研究人员一直在寻求新的解决方案来优化换热设备的换热性能,近年来使用纳米流体和金属泡沫的双重强化传热的方法受到了广泛的关注。纳米流体比传统的换热工质具有更高的导热系数,而金属泡沫比表面积大,可以提供足够的换热面积,为了探究纳米流体在金属泡沫内的对流换热特性,本文采用格子Boltzmann方法进行了数值模拟和研究工作。首先利用单相格子Boltzmann模型进行了纳米流体的自然对流换热研究,该模型忽略了纳米颗粒与基液的相对运动和传热,研究结果表明增大纳米颗粒体积分数和瑞利数会使对流换热加强。然后,采用两相格子Boltzmann模型分析了纳米颗粒与基液之间的相对运动和传热,分析了纳米颗粒的分布及其对对流换热的影响。结果表明,浮升力仍然是影响自然对流换热的主要作用力,布朗力和相间阻力相对较大,会造成局部微对流进而加强对流换热。本文利用格子Boltzmann方法对纳米流体在金属泡沫内的自然对流换热和强制对流换热展开了研究,分别采用了局部热平衡模型和局部非热平衡模型。根据研究结果分析了各个参数对对流换热效果的影响,结果表明瑞利数、雷诺数、达西数、孔隙率、纳米颗粒和金属泡沫的导热系数增大可以使努塞尔数增大,其中瑞利数、雷诺数和达西数对流动和传热的影响更加明显。最后,本文在多相耦合流动和传热方面进行了创新性的研究,建立了纳米颗粒、基液和金属泡沫的三相格子Boltzmann模型,并以纳米流体在金属泡沫内的自然对流换热为例展开了对该模型的分析与研究。通过与单相模型、两相模型的对比,分析了各个参数及作用力对三相模型的结果的影响。本文利用格子Boltzmann方法,基于多个模型,研究了纳米流体在金属泡沫内的对流换热,研究结果对实际应用有指导作用,本文所建立的三相模型为深入研究纳米颗粒、基液、金属泡沫各相之间的作用力和传热机理奠定了基础。