当代社会几乎一切的生产活动都离不开能源,能源作为人类社会高速发展和稳定运行的基础,已经成为了人类文明存续的重要基石。天然气是我国三大主要能源之一,在开采和利用天然气的过程中,常常因为技术问题,使得大量低浓度的甲烷,因为常温难以燃烧,而被排放到大气中,造成资源浪费和温室效应加剧。低排放清洁催化燃烧技术正是解决这个问题的有效方法。催化燃烧作为能源领域重要研究之一,有着广泛的研究基础。其中,规整结构催化剂内的催化燃烧是近几年研究的热点,其过程涉及到从微纳尺度孔隙到宏观尺寸通道的多尺度空间,耦合了孔隙边界催化反应、孔隙辐射以及宏观尺度多组分热质传递等复杂过程,其内部多尺度多场耦合热质传递机理及协同机制非常复杂。因此,获得多孔介质流动强化换热过程中的热质传递特性和评价指标,研究承载催化剂骨架的特定泡沫金属结构及其流动传热特性,探究高温下流动、传热、辐射的多场耦合机理,以降低催化燃烧的反应要求和能源损耗,提高其能源利用率,具有重要的意义。为了给多孔介质流道中进行的高温化学反应提供多尺度热质传递研究中不同尺度间的相互作用及耦合原则的一部分理论支持,本文分为两步,先通过对圆形规整通道内填充泡沫金属多孔介质的空气流动传热进行直接数值研究,使用努塞尔数与阻力系数计算综合传热效率,采用不同的评价标准来对其强化传热效果进行评价。讨论了单一孔隙结构多孔介质以及复合多孔介质厚度与孔隙率组合对综合传热效率的影响。结果表明,在不同填充情况下等流量综合传热效率均出现了恶化,填充内流层孔隙率较大的复合多孔介质时,其等泵功和等压降综合传热效率随着近壁层厚度增加中间会出下降,低于填充两个单一孔隙结构多孔介质对应的综合传热效率。填充内流层孔隙率较小的复合多孔介质时,其综合传热效率一般随着近壁层厚度变化而单调变化。然后构建带涂层的三维体心立方泡沫金属结构,并通过几何计算,得出其窗孔直径,各部分体积比例,比表面积等几何参数计算式,通过ICEM构建网格,利用FLUENT软件进行计算,对涂层泡沫金属单元胞结构考虑辐射时的传热特性进行了计算。发现涂层在一定厚度上的增大对辐射传热系数影响不大,但没有催化剂涂层会明显降低辐射传热效果。之后对涂层泡沫金属内流动传热和辐射的耦合进行了模拟,结果表明,辐射存在会影响温度分布,使恒热流计算模型下施加热流的壁面温度大大降低。催化剂涂层厚度增大也会使得温度分布更加平均,但对下表面温度的增大不明显。另外温度越高,辐射传热量越大,更有利于提高多孔介质骨架的温度均匀性,降低最高温度。对泡沫金属单元胞内气固界面传热进行了模拟和分析,发现辐射传热对气固表面换热努塞尔数的计算结果影响不大,但会降低壁面温差,减低壁面的最高温度。单元胞边长比例l/dc增大,会使得流动传热效果恶化,而相同结构单元胞模型,入口温度上升和涂层厚度减小也都会使得努塞尔数减小。