纳米流体作为新型换热工质,由于其具有高导热系数等优点而备受广大学者的关注,其在强化换热领域有着重大研究意义。目前对纳米流体的研究主要针对纳米流体的制备、稳定性研究及对流和沸腾换热机理的试验研究,而数值模拟方法方面的研究较少,特别是纳米流体沸腾换热的数值研究。本研究基于ANSYS Fluent软件,对管内纳米流体的流体流动和传质传热以及沸腾蒸发相变过程都进行了全方位的研究。本研究从以下几个方面展开:(1)系统的总结了现有纳米流体流动和换热的数学模拟和研究方法,概括了针对纳米流体模拟研究的主要处理方式和最适宜的模拟方法,同时对RPI壁面蒸发沸腾模拟,非平衡过冷沸腾模型,临界热流条件模型等三种主要壁面沸腾模型的具体实现机理进行了探讨,并且阐述了最适宜于纳米流体蒸发沸腾过程模拟的各相的相间互相作用力模型和考虑纳米颗粒影响的壁面蒸发沸腾修正模型;(2)对环管内的纳米流体强制对流换热过程进行了数值模拟研究,得出当环管径向节点数为10,轴向节点数为2101,且第一层网格厚度在0.06～0.09mm之间时,具有最好的试验对比精度。此外,采用RNG k-ε模型所得模拟结果与试验结果最为接近,而SST k-ω模型所计算的努赛尔数与试验结果具有明显的差距。多组分单相流模型更适合小体积分数纳米流体的模拟,而Eulerian模型的精度对大体积分数纳米流体的模拟更加适宜。A1203纳米颗粒的最佳加入浓度应控制在0.5%～1%之间,这样能够同时兼顾对流换热效率和经济性。(3)对一段直管内的纯水过冷沸腾换热问题进行了细致的数值模拟研究,得出当第一层网格Y+值处于20～60之间,整体网格纵横比为2～5之间时,整体模拟计算具有最好的试验对比验证性。同时,研究结果表明,库朗数对整体传热系数的影响不明显,但是库朗数的增加能够提升整体蒸发量,而表面张力则对沸腾的蒸发过程影响很小。此外,发现RPI和Non-equilibrium壁面蒸发模型的模拟结果与试验值最为接近,而全CHF模型模拟的总传热系数要高于试验值。(4)最适合纳米流体过冷沸腾蒸发换热的数值模拟方法是将纳米颗粒和基液看成独立一相,把蒸汽相当成第二相的Eulerian+Species模型处理,而Eulerian三相流模型不适合对高浓度纳米颗粒沸腾换热过程的模拟。同时,纳米颗粒分数的升高有利于提升管内纳米流体整体温度,但是却能对近壁面的蒸发沸腾现象起到一定的抑制作用。