壳程沸腾管壳式换热器广泛应用于石油、化工、核电、航空等领域,提高换热管外的沸腾传热系数对提高换热器的综合传热性能有重要意义。针对目前烧结型和喷涂型表面换热管加工工艺复杂、制造成本高和池沸腾换热机理认识不足的问题。本文提出细螺纹管和泡沫金属管两种粗糙表面管,并采用数值模拟方法与光管的池沸腾换热性能进行对比。研究了不同结构参数对细螺纹管和泡沫金属管的池沸腾换热性能的影响,在气液逆流模型的基础上对两种粗糙表面管的换热机理进行理论分析。主要研究内容及结果如下:(1)采用数值模拟方法,分别对不同热流密度工况下的光管、细螺纹管和泡沫金属管的池沸腾换热过程进行分析,结果显示:泡沫金属表面和细螺纹管表面的气体成核速率均高于光管表面;在相同工况下,泡沫金属管的最大沸腾传热系数为光管的3.4倍,细螺纹管的最大沸腾传热系数为光管的3.19倍。(2)在热流密度20 k W/m~2～140 k W/m~2的工况下,分析不同螺纹间距和螺纹槽深对细螺纹管池沸腾换热性能的影响,结果表明:在细螺纹管结构参数不变的情况下,其池沸腾换热性能随着热流密度的增加而增大;在相同热流密度工况下,随着细螺纹管螺纹间距的减小和螺纹槽深的增大,沸腾换热系数增大。(3)在热流密度20 k W/m~2～140 k W/m~2的工况下,分析了不同厚度和孔密度对泡沫金属管池沸腾换热性能的影响,结果表明:在低热流密度工况下,随着厚度的增加,泡沫金属管的沸腾换热系数变大。但是在高热流密度工况下,厚度对池沸腾换热性能的增强作用减弱;在相同热流密度工况下,泡沫金属孔密度的增大可以增强传热性能,并且增大换热管的临界热流密度极限。(4)针对细螺纹管和泡沫金属管的池沸腾换热过程,在粗糙表面多孔层内部气液逆流机制的理论模型基础上,讨论了两种表面多孔粗糙表面管粗糙表面管粗糙表面管的粘滞阻力极限和水动力极限。得出泡沫金属管的临界热流密度极限大于细螺纹管;两种多孔换热管粗糙表面管的临界热流密度极限主要是由粘滞阻力极限决定;可以通过减小粗糙表面多孔层内部的颗粒尺寸或增加单位面积上的成核位点来提高换热管的池沸腾传热性能。