膜状凝结和膜态沸腾被广泛应用在换热器设计、热管系统、化工系统、地热系统以及储能系统等领域,覆盖在换热表面的液膜或气膜严重降低换热效率。泡沫金属具有导热系数高、比表面积高等特点,将其覆盖在换热表面以减小液膜或气膜的影响,具有强化膜状凝结和膜态沸腾换热的潜力。目前对于多孔介质中竖直表面的膜状凝结和膜态沸腾换热研究主要采用数值模拟方法,缺少理论研究。本文通过理论推导的方法研究多孔介质中竖直表面的膜状凝结和膜态沸腾换热。本文的主要研究内容和结论如下:采用Darcy-Brinkman模型结合能量方程建立多孔介质中膜状凝结和膜态沸腾换热模型,能量方程分别使用了局部热平衡或局部非热平衡两种模型。局部热平衡模型中,相变界面的边界边界条件描述为界面温度与界面外温度相等;而局部非热平衡模型中,在相变界面处引入一个描述热流分配的参数,采取热流分配形式的边界条件。分别求解速度场和温度场,能量平衡方程将两者耦合,求解得到液膜或者气膜的表达式,进而求解分析速度场,温度场以及换热情况。在膜状凝结换热的研究中,考虑边界层近似,忽略相变界面切应力的影响,凝结表面维持定壁温。建立了两种最基本的模型来描述在相变界面通过多孔骨架和流体的冷凝热流量的分布。在液膜厚度与Darcy数之比远小于1的情况下求得局部热平衡模型的近似分析解,又在液膜厚度与Darcy数之比远小于1且Biot数远小于1或者远大于1的两种情况下分别获得局部非热平衡模型的近似分析解,经检验近似分析解具有较好的精度。在膜状凝结换热的研究中,对于热流分配模型A,Biot数和Darcy数的增加对强化换热有积极的影响。随着Biot数的增加,液膜厚度增加,努塞尔数增加。随着Darcy数的增大,液膜厚度减小,凝结换热系数增加。当竖壁末端,液膜中会达到平衡速度,最先出现在相变界面,液膜厚度呈线性增加。此外,热流分配模型B不需要Biot数趋近无穷大也能实现局部热平衡条件。在膜态沸腾研究中,除了考虑类似膜状凝结换热中的边界条件情况,还考虑到了实际工程中常应用到的壁面定热流边界条件和液体静止边界条件。得到了各种边界条件组合下满足一定条件的近似分析解。在气膜厚度与Darcy数之比远小于1的情况下求得局部热平衡模型的近似分析解,又在气膜厚度与Darcy数之比远小于1且Biot数远小于1或者远大于1的两种情况下分别获得局部非热平衡模型的近似分析解,经检验近似分析解具有较好的精度。在膜状凝结换热的研究中,平衡速度现象也会出现在水蒸气膜中,在流动速度边界中,平衡速度首先出现在相变界面;在静止速度边界下,平衡速度首先出现在水蒸气膜的中部。在局部非热平衡模型中,Biot数和Darcy数的增加对强化换热有积极的影响。随着Biot数的增加,液膜厚度增加,努塞尔数增加。随着Darcy数的增大,液膜厚度减小,凝结换热系数增加。