严 裕，娄 钦，*

(1. 上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093；2. 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093)

0 引 言

气泡在复杂微通道内的流动现象广泛存在于自然界和工业生产过程，如沸腾现象、页岩气开采、燃料电池的使用等。例如在燃料电池中气泡间的碰撞和合并时常发生，气泡在液体中的运动和相互作用直接影响相间的接触时间和接触面积，并改变气液间的传热传质[1]，进而影响其使用性能[2-4]。因此对气泡进行微通道内的流动研究以及工业生产过程中的优化具有十分重要的意义。

学者们对复杂微通道内的气泡流动问题进行了大量的实验研究。Chen 等[5]研究了高黏度流体中气泡在孔板通道内上升时的形状变化，发现气泡穿过孔板通道后变为“月牙状”。Corapcioglu 等[6]提出采用定量方法预测气泡在粗糙多孔介质中的上升速度，其预测结果表明气泡的上升速度经过很短的时间后会达到平衡。Dawson 等[7]研究了在恒定体积流量中孔板微通道内气泡的流动过程，发现随着流速的增加，气泡的后尖端速度发散且气泡尾部变薄向中间收缩回主体。

以上实验结果得到了气泡运动过程中的直观现象和宏观规律，为人们认识气泡在通道内的运动规律提供了理论基础。然而由于实验方法难以捕获微孔内的流动细节，采用数值模拟来研究两相流动问题也逐渐成为人们研究气泡运动的一种常用方法[8-9]。Sussman 等[10]应用Level-set 方法，研究了单个气泡上升过程中的界面形变以及破裂现象，发现随着表面张力和黏度比的增加，气泡越不容易发生变形和破裂现象；……