微通道内单相及气液两相流动换热数值模拟研究进展综述

(南京工业大学 城市建设学院，南京 210009)

0 引言

微通道换热器的工程背景来源于20世纪80年代高密度电子器件的冷却和20世纪90年代出现的微电子机械系统的传热问题。随着能源问题的日渐突显，各国的经济发展与微小器件的发展息息相关，换热设备在满足热交换要求的前提下，需要向缩小体积的方向优化,以节约更多空间和能源[1]。随着微型换热设备的出现和普及，微尺度传热问题也成为换热器试验和数值模拟研究的重点。Tuckerman等[2]提出了如图1所示的微通道换热器，通过多个细微通道内的介质流动带走电子芯片积聚的热量，成功地解决了随着科技发展、芯片集成度越来越高带来的高热流密度散热问题。孙淑风等[3]研究了液氮在尺寸为0.55～1.5 mm 的微通道中流动沸腾的传热效果，发现狭窄通道的强制对流沸腾换热对沸腾换热具有强化作用，其中，液氮在狭窄通道形状为弦月型的传热系数是常规尺寸管道的3～5倍，随着狭窄的间隙尺寸的减少，换热系数也得到提高。综上所述，微通道换热因其体积小、换热效率高、耐压性能强等特点被认为是最有发展前景的高热流密度散热技术之一。

图1 用于芯片散热的微通道换热器结构[4]

迄今为止，流体在微通道换热器中的流动状况分析多以试验方法及理论计算为主，换热器数值模拟方面的研究相对匮乏，尤其是在微通道换热领域。在试验领域，微尺度传热研究的可视化技术仍然存在不足，受蒸汽气泡等障碍物影响，无法准确观测全尺度全过程的微观现象。引入数值模拟技术，实现模拟温度场和流场的可视化，是解决传热的另一种技术手段，能够克服试验研究的种种限制，极大地降低试验的难度和成本。因此本文对微通道换热器数值模拟的研究方法、常用模型和研究现状进行综述，希望给该领域数值模拟方面的研究人员提供有价值的参考。

与常规尺寸的换热器相比，微通道的水力直径一般为10～1 000 μm[5]，随着通道尺寸的减小，气液界面剪切力、表面张力以及重力对流动沸腾换热与压降影响的重要性发生变化，微细通道内工质的流动沸腾规律已明显不同于常规通道，极大地增加了流动沸腾过程机理的复杂性[6]。微通道流动传热的尺寸效应具体如下。

(1)通道几何形状影响。

从微通道的几何构型来看，由于通道的尺寸很小，处于微通道的传热介质的流态基本为层流，微通道对于流体在非圆管微通道内的换热与流动的效果有着重要影响作用。流体在微通道内流动时，会存在少量的气体，使得微通道内湿周减小，流体流速会随之变大，从而减小了摩擦阻力，增强了换热效果。

(2)轴向导热效应。

轴向导热是指热量从温度高的一端沿着轴线传递到温度低的一端，轴向导热增大了换热过程的不可逆损失。在常规尺寸的换热设备中，由于壁面厚度与当量直径相比差距较大，可以忽略轴向传向过程；但是在微通道换热器中由于微通道的壁面厚度与当量直径尺寸大小相近，不能忽视轴向传热过程。

(3)流体入口段的效应。

入口段效应是指在通道的入口段流体温度分布不均匀，近壁面流体的温度有一些跳动。在常规尺寸换热器中，管道的长度与当量直径之比大于6时，可以忽略入口段效应对于管道内的流量与换热的影响；在微通道换热设备条件下，由于微通道长度较短，边界层发展较为缓慢，入口段较长，长径比大于60时，存在入口段效应的影响，入口段所占管长的比例增加，所以一般不可以忽略。

(4)表面粗糙度效应。

Shen等[7]试验研究矩形铜基微通道内用去离子水作为工作流体在雷诺数范围为162～1257的单向流动对流换热过程，入口液体的温度分别为30，50，70 ℃，底壁面加热功率为140～450 W，发现由于表面粗糙度的影响，摩擦阻力系数和局部平均明显偏离常规理论值。在常规换热器尺寸条件下，当壁面粗糙度效应为5%时，对层流范围内的微通道换热影响较小，影响可以忽略不计。在微通道条件下，此理论不再适合，Du[8]对于粗糙微通道内层流流动进行数值模拟分析，结果表明，表面相对粗糙度直接导致了摩擦阻力系数增大。

1 微通道换热器数值模拟方法

对于微通道数值模拟的方法可以分为计算流体力学法(Computational Fluid Dynamics,CFD)与格子-玻尔兹曼法(Lattice-Boltzmann Method,LBM)。

1.1 CFD模拟方法

传统CFD模拟是求解流体流动相关的连续性方程和动量方程，并将方程离散化得出连续流场的离散分布，在此基础上结合能量方程便可以获得连续温度场的离散分布。其特征在于把连续的方程离散化，离散过程存在大量的迭代，因此对网格质量要求高。

目前已有一些关于应用CFD方法的微通道内传热流动的探索，如董贺飞等[9]对T形微通道内的两相流进行了数值模拟计算，研究采用的工质为油水混合流体，重点研究了油水两种流体张力的作用以及微通道内流动壁面的湿润程度对两相流的影响，并通过模拟找到了油水流动的界面。靳遵龙等[10]在T型微通道的基础上，对其结构进行了优化，运用CFD数值模拟方法研究了微通道内的气泡形成过程及气液分布情况，拟合出计算T通道内气泡柱的尺寸的关联式，结果表明，T型正弦波节微通道内的气泡形成机制与常规机制微通道相同，均为挤压机制，颈部断裂经历的时间较常规T型微通道稍长，该结构类型的正弦波节微通道与常规平直通道管相比，当量直径增大50%，气液接触面积增大25%，有效提高了传质效率。Yang等[11]建立了高分子微通道换热器模型，采用CFD数值模拟分析微通道性能，认为微通道与传统通道的性能差别可能是由通道壁面的导热形成的；此外，还模拟了不同进口压力情况下分配室和微通道内的速度和压力分布。

目前，CFD技术应用在微通道流动传热领域存在以下三大难点。

(1)网格划分。CFD模型中一般需进行多次网格划分试算结果，当相邻两网格之间相对误差不超过1%时，方能确定网格数[12]。对于微通道管内对流换热而言，其边界层网格尤其难以划分[13]。因此，目前网格方面需要突破的是:①开发高效灵活的复杂网格技术,包括重叠网格技术、混合网格技术、自适应网格技术、笛卡儿网格技术等;②提升自动生成复杂网格的能力;③设法突破 CFD 结果对网格的依赖性。

(2)湍流模型。CFD计算绝大多数是基于 RANS 方程,其核心内容是湍流模型,但目前不存在普适的优秀湍流模型,这是一个瓶颈难题,一直困扰着 CFD技术的发展。大量的实践表明,尽管广受欢迎的 RANS 方法对附着流动和一些小分离流动给出了精确的预估,但 RANS 预估大分离流动是存在缺陷的；更进一步说,目前的湍流模型在模化、封闭过程中,是以壁剪切层为基础标定的,因此它无法普遍精确地描述现实中复杂的、同流动几何空间和时间历程密切相关的湍流输运特征，这一点在微通道尺度领域尤为明显。

(3)边界层转捩。转捩问题是湍流模型建立过程中的另一个大问题。为了可靠预测转捩,引入多少来流信息才能足够、需要选取哪些来流参数体现来流信息、从层流到湍流这些信息演化和发展的机制等,仍然是无法精确求解的问题。

针对上述难点，已有一些学者开始结合多目标优化理论改进CFD模拟技术。Rachkovskij等[14]对微通道换热器管内的传热进行了理论研究，根据要求的温差和允许的压降对换热器进行设计，同时讨论了其他的设计约束条件的影响，例如通道宽高比、流体内轴向导热、入口段效应、流动滑移、黏度和摩擦系数随温度的变化。Foli等[15]提出了两种确定微通道换热器设计最优参数的方法，第一种是结合CFD和简化的动量传递方程、能量传递方程的解来优化微通道长宽比，并取得其最佳值；第二种是利用CFD结合多目标遗传算法优化微通道换热器参数。Xu等[16]研究了高热流微时间尺度内微尺度沸腾换热的特性，此外还利用热边界层再发展理论实现了微通道强化换热，利用该技术制作的微通道热沉不但传热效果好，而且流动阻力比传统的平行微通道热沉要小。Foli等[17]对比分析了微通道换热器优化的三种方法：CFD、解析方法、多目标进化算法。Baviere等[18]通过试验和数值模拟研究了二维微通道(高度从200～700 μm)的对流传热特性，雷诺数从200～8 000，结果发现当通道间距缩小时，努赛尔数(Nu)急剧减小，但泊松数(fRe)同传统的理论值一致；他们认为固体和流体界面温度的测量可能是造成此尺度效应的原因，而温度误差决定努赛尔数的准确程度。

1.2 LBM模拟方法

LBM是20世纪80年代中期建立和发展起来的一种流场模拟方法，，具有许多开创性的思想，它的发展为计算流体力学模拟研究提供了一种新的技术手段[19-20]。LBM方法直接从离散模型出发，通过粒子群的运动轨迹追踪代替了传统的连续流体模型，更接近流动的微观本质，在微尺度流动模拟方面具有天然的优势；且模型容易从微观向宏观转化，在求解瞬态问题时，在保证精度的前提下所需的计算时间少。

LBM方法和CFD方法的区别如下：

(1)考虑的理论尺度不同，CFD技术考虑的是连续性流体；LBM技术考虑的是介尺度的流体粒子，流道尺寸对LBM方法建模的影响小；

(2)CFD方法求解的控制方程对流项是非线性的，每一个时间步都需要迭代收敛，迭代的收敛程度影响计算精度；LBM算法求解的Lattice-Boltzmann 方程对流项是线性的，不存在这方面的问题；

(3)CFD方法中的相空间是完全的函数空间，LBM中只有少量的离散速度和运动方向；影响LBM模拟精度的主要因素是粒子密度而非网格质量，模型对网格质量的依赖性被弱化，对于复杂边界条件适应性更强。

LBM 和 CFD 理论本质相同，两种模型间可相互推导，转换过程通过Bhatnagar-Gross-Krook近似和Chapman-Enskog展开实现[21-22]。

袁梦霞等[23]对比了应用CFD和LBM方法的错流换热器流场计算结果，其中，CFD网格划分如图2[23]所示，LBM格子结构划分如图3[23]所示。结果表明，LBM与CFD模型模拟结果大致相同，计算时间相近，计算效率无明显差异；CFD需要大量的前处理时间进行网格划分，LBM只需指定格子离散尺寸，无需适应几何边界的空间离散。由袁梦霞等[23]的研究可知，即使在计算时间方面改进不大，前处理时LBM能够避免大量的网格无关性验证工作，计算效率最终还是得到了提升。

图2 使用CFD方法时的换热器几何结构与网格划分

图3 使用LBM法时列管处格子结构示意

目前，已有研究者将LBM技术应用于换热器领域的研究，并取得了较好的模拟效果。焦文静等[24]用多格子LBM方法对方腔内冷热微细管不同布管方式下的自然对流换热机理进行了研究，模拟结果与相关文献的已有结果作了对比，验证了多格子LBM计算方法的正确性，该方法有望成为一种有效的数值模拟技术。崔振东[25]针对传统CFD方法在模拟空化流动传热现象时存在的问题，以内置空化结构的微通道为研究对象，首次将耦合伪势模型的格子LBM方法用于微通道的空化流动传热研究，从数值角度探讨微通道内空化泡形成、生长和溃灭过程的动力学特性及其对传热的影响。顾娟等[26]构建了微尺度条件下包含黏性热耗散和压力功的双分布LBM模型，研究了恒壁温和恒热流两种边界条件下速度驱动平直微通道内的传热和流动特性，发现不同边界条件下稀薄效应均可使得微通道内流速增加，摩擦系数减小，但不同边界条件下传热特性的变化趋势不同。

LBM应用存在的问题主要为涉及到相变流动时，无法准确捕捉界面动态行为[27]，且对于高雷诺数的不可压缩流体颗粒的追踪，受到驰豫方式、壁面边界处理等问题的限制，精度有所下降。建立多组分多相的LBM模型是提升其对两相换热模拟精度的有效方法[28]。

1.3 模拟方法对比

如上文所述，CFD方法和LBM方法原理相同，计算尺度不同，针对不同模型合理选择一种方法十分重要。因此，本文基于近年来传统CFD技术和LBM技术的研究进展，从研究方法到各自优缺点等方面进行了对比，见表1。

表1 传统数值模拟CFD与LBM技术的对比

综上所述，CFD发展相对成熟，但LBM模型可以避免CFD的几何网格离散过程，更适合于CFD无法精确建模或网格工作量大的复杂模型。近年来LBM 已广泛用于模拟换热设备内部流体的流动和相变状态，因此在微通道换热领域具备很强的应用前景。

1.4 气液两相流模型

本课题组在文献[29]中采用ICEM软件对螺旋槽管和光管进行三维建模，使用FLUENT软件中的VOF多相流计算模型，获得光管和螺旋槽管中的气液两相流动流型和压力梯度，并通过试验方法验证了管内压降模拟结果的准确性。具体到CFD模型，基本的汽液两相流模型包括：VOF模型(Volume of Fluid Model)、Mixture模型(Mixture Model)及 Eulerian模型(Eulerian Model)[30]。三者之间的对比见表2。

表2 VOF模型、Mixture模型、Eulerian模型之间的对比

上述模型中，VOF模型适用于分层无相互穿插表面流动，而Mixture模型和Eulerian模型适用于流动中存在各相的混合或分离和离散相的体积分数大于10%的工况。Theodorakakos等[32]通过VOF模型研究了单液滴在流道内随着不同液滴温度和不同重力夹角下的变形及脱离过程，发现液滴脱离速度还和管径有关。Ferrari等[33]同样使用VOF模型模拟了R245fa的两相柱塞流流态，发现相对于圆形微通道，方形微通道液膜厚度更薄，更容易烧干。刘建红等[34]以脉动热管内传热传质为出发点，利用数值模拟方法，建立二维模型，采用混合模型(Mixture model)和欧拉模型(Eulerian model)对脉动热管内传热传质进行了研究，通过对计算结果的比较分析，发现Mixture模型能更好模拟脉动热管内气化-冷凝过程。

2 微通道换热器特性的数值模拟

2.1 微通道单相流流动(无沸腾换热)

1997年，邬小波等[35]提出需要考虑流体压缩性对速度剖面的影响，通过数值方法计算了光滑微细管内的气体流动,主要考察流体压缩因子对流动阻力和传热系数的影响。2004年，Carlson等[36]采用连续介质与DSMC-IP 耦合的方法分析了微通道内稀薄气体流动，发现耦合此两种方法获得的计算结果优于单独使用连续介质或DSMC方法获得的计算结果。2010年，Chen等[37]对表面是分形康托结构的微通道换热器中层流流动过程进行数值模拟，讨论了雷诺数、相对粗糙度、分形尺寸对换热过程的影响；结果表明，局部努塞尔数在入口段之后并不是稳定值而是随着粗糙壁面波动；与常规换热器不同的是平均努塞尔数随着雷诺数的增加线性增长且比经典数值要大。金文等[38]在使用多孔介质模型模拟管壁粗糙度的基础上，配合采用三种典型k-ε和两种典型k-ω湍流模型，对边长为600 μm的方形断面微通道流场在Re分别为100和300的情况下进行了数值模拟，发现Realizablek-ε模型可以有效反映微尺度流场变化。

2013年，靳遵龙等[39]使用基于N-S方程的SIMPLE算法研究了微通道内水的湍流对流和换热特性，发现雷诺数相同时，阻力系数随当量直径的增加而增加，努塞尔数随当量直径的增加而减小。2017年，赵伟[40]建立了不同结构微通道换热器的几何模型，以纯水为传热介质，探讨了不同进出口方式、联箱结构、高宽比及通道排列方式对微通道传热流动特性的影响，发现通道水力直径和宽高比的增大对传热性能起促进作用。

2019年，常宏旭[41]建立了半圆形粗糙元结构的微通道模型，使用基于N-S方程的离散方法进行计算，考察了水为介质时粗糙元尺寸和Re对单相流动换热的影响，认为Re和粗糙元半径能够促进单相换热，粗糙元节距将削弱单相换热；同时对比了数值计算与试验结果，发现误差在20%以内。Deng等[42]建立了三维CFD模型，使用SIMPLE算法求解了水在Y型微通道内的单相流动特性，与同时进行的Y型微通道换热器的传热性能试验结果对比，发现误差在8.2%～9.7%之间。

由上述文献可知，由于单相流动不存在相变，在建模精确、网格质量高的条件下，CFD软件中的基于N-S方程的求解方式足以获得误差较低的微通道内流场和温度场；若能在此基础上通过自主编程方式改善边界条件，则计算精度还将提高。

2.2 微通道两相流流动(沸腾换热)

本课题组就换热器气液两相流有比较深入的试验和模拟探究。潘瑜琰等[43]研究了低质量含气率(3%～5%)对折流板管壳式换热器壳侧气液两相换热和流动的影响，以气液两相均相流模型为基础拟合出摩擦阻力系数fi与Re的关系式，为折流板管壳式换热器气液两相流的应用提供参考依据。

对比本课题组曾研究的常规换热器，微通道内的流动沸腾换热具有尺度小、热应力小、受热面温度梯度小、充分利用相变潜热换热性能提升、冷却效果佳等良好综合性能，从而可以实现小空间高热流热量的有效转移，满足电子技术的集成化、微型化发展的实际需求[44-47]；但相对于常规尺寸换热器，微通道尺寸的缩小会引起管内流动流型的剧烈变化，更多类型的流型会出现并共存，如泡状流、弹状流、环状流、搅拌流等[48]。随着管径的微小化，气泡形成过程将更加剧烈，主流区压力挤压气泡导致分离，表面张力起维持气泡外形的作用[49]。

2000年，过增元[50]研究表明,微通道内的相变换热成为国内外传热领域的研究热点。2006年，Qian等[51]应用FLUENT软件中的VOF模型模拟了T型微通道内气液两相流的弹状流型,模拟结果表明，在整个微通道流道中气弹长度受进口结构和气液流速的影响。2012年，He等[52]使用仿真软件DEFORM 3D对微尺度下的弯管和岔管建立了三维仿真模型且完成了数值模拟的计算，得出了工况在两种微管道内沸腾换热流动时的速度分布。2017年，罗新奎等[53]选取VOF方法，考察了制冷剂入口温度、入口压力和质量流量对R30在矩形微通道内沸腾换热的影响，得出了典型流型的变化规律和表面温度、表面热流及传热系数等参数，图4,5[53]即为基于VOF方法获得的不同工况下的典型流型图。

图4 工况1～3下的典型流型图

图5 工况4～6下的典型流型图

王琳琳等[54]应用Cahn-Hilliard 相场模型模拟湿壁面条件下的微通道内气液两相流动，认为Taylor气泡的发展过程分为气泡进入气液混合阶段、阻塞阶段、塌陷阶段及脱离阶段，气泡分离的过程和Dai等[55]观察到的试验现象吻合，他们还分析了黏性力、挤压力和表面张力对气泡的作用，发现塌陷过程主要受黏性力影响，脱离过程主要受挤压力影响，表面张力仍然起到维持气泡外形的作用。

Guo等[56]应用VOF模型建立了微通道内环状流及其分界面数值模型，并应用该模型模拟了层流状态下环状流气液两相界面的变化状态，发现随着液体动力黏度的增加，环状流分界面的振幅减小，但动力黏度无法消除气液分界面的不稳定性。

罗炜等[13]建立了一个微通道单元的R21相变流动VOF模型，选用了标准k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizablek-ε模型和SSTk-ε模型计算了不同热流边界下的局部换热系数，发现SSTk-ε模型误差最小，在20%以内。肖润锋等[57]结合VOF模型和SIMPLE算法求解了R22两相流动的压力场和传热系数，同时进行了一维传热计算，计算获得的传热系数与模拟值相比，存在13.1%的误差，主要来源于模拟过程对边界的简化。邓静等[58]对ZigZag微通道内的超临界CO2传热流动特性进行了数值模拟，并且与典型关联式计算结果对比，Nu误差为13.25%，通过模拟发现流体在通道内拐弯处产生涡旋，湍流动能急剧增大，换热加强，且最优的ZigZag角度为15°。

由上述文献可知，VOF模型在微通道两相模拟方面属于主流应用模型，其误差一般在20%以内，可以满足大部分计算需求。误差主要来源为：(1)计算中对边界的简化；(2)微结构带来的流体边界复杂化；(3)动态化流场并未在VOF模型计算设置中体现。LBM模型也已逐渐应用于微通道两相模拟领域，但由于两相换热机理尤其是入口段机理尚未明确，在速度滑移处理、边界格式确定等方面仍需进一步探索[59]。

2.3 临界状态模拟(CHF)

临界热流密度(Critical Heat Flux，CHF)是指换热设备流动沸腾过程中所能允许的最大热流量，会危及换热设备的安全运行，导致换热器件烧毁，它是任何换热系统都必须严格监控的热工参数。到目前为止的相关研究仍以试验为主，理论研究及数值模拟较少。CHF的试验研究对试验装置和测试系统要求很高，试验成本提高；而数值模拟则能弥补这些弊端。

采用数值模拟方法研究微通道换热临界问题，有助于揭示微通道流动沸腾过程中出现的具体细节;深入认识此类问题涉及的基础理论；扩展、补充相关的专业知识，构建比较全面的流动沸腾知识体系。此外，相关研究的开展必将推动微尺度传热的应用，为指导微型传热器件的优化设计，解决相关的工程实际问题提供基础。

自1991年Kurul等[60]提出RPI壁面沸腾模型(Wall Boiling Model)后，CFD方法模拟两相沸腾换热的问题才有一定的研究基础。该模型经过逐步修正，再结合守恒性方程及其附加子模型使得过冷沸腾和CHF的模拟得以实现。2007年，Habib等[61]运用欧拉二流体模型，以及改进的RPI沸腾模型，结合多种相间作用力模型，用CFD软件模拟了通道内过冷沸腾CHF点，研究结果与试验结果有较好的符合。2011年，Li等[62]运用Eulerian Multiphase Model对不同状态下的圆管和矩形管道进行了过冷沸腾、CHF及post-dry条件下的模拟，并与相应的试验结果进行了对比，分析对比了Eulerian model中不同子模型的适用性。

2016年，吴鸽平等[63]采用VOF多相流模型，运用CFD软件对矩形微通道内临界热流密度(CHF)进行了数值模拟，临界时Z=0平面的相分布图如图6[63]所示，不同流量下，L/De对临界热流密度的影响如图7[63]所示。对影响临界热流密度的因素进行了研究，与相同工况下试验结果进行了对比，证明了模拟结果的可靠性。

图6 Z=0平面的相分布图

图7 L/De对临界热流密度(CHF)的影响

2017年，朱静[64]基于CFD软件中的VOF模型，在水平矩形微通道加热壁面开设V型凹槽，通过改变凹槽结构和槽道数量，讨论了流动沸腾参数和通道高度与CHF的变化关系，图8[64]示出其中一种工况下出现CHF点前后的汽相流动云图(图中③为工况编号)。

图8 距离通道出口5～10 mm出现CHF点前后的汽相云图

2018年，Li等[65]基于欧拉两相流体模型和过冷沸腾模型，在CFD方法的基础上提出了在均匀和非均匀加热管中计算临界热流密度(CHF)的新方法，结果表明，均匀性和非均匀性管内的临界热流密度变化有一定的差异。

利用LBM模型进行微通道内临界热流密度的预测仍然存在空白，但在池沸腾领域已有一定成果可供借鉴。龚帅等[66]采用伪势LBM方法汽液相变模型对池沸腾传热进行了直接数值模拟，并得到了饱和池沸腾曲线，得到的曲线CHF点与理论模型相吻合。

综上所述，由于CHF的产生机理复杂，传热机理和传热规律均具有不确定性，且数值模拟研究的工况范围较窄，无法完全覆盖CHF的影响因素，尤其是对于高热流密度、高质量流速等极端条件下的研究稍显不足，计算精度有待提高。现阶段对CHF的理论研究及数值模拟比较少，在现有的模拟过程中，主要是基于VOF模型和现有沸腾模型进行优化，对于部分有试验结果的几何结构和一定的运行条件，需要通过调整数值模型来获得较为吻合的计算结果。这些模型的调整通常没有坚实的试验和理论基础作为支撑，所以对于CHF的数值模拟需从理论模型角度入手进行探索。

3 总结和展望

相对于常规尺寸的传统换热器，微通道换热方式具有传热系数高、体积小、传热均匀性强等特点，成为近年来国内外的研究热点。目前对微通道的研究多以试验及理论研究为主，但成本高、结果可靠性低等弊端也让试验研究出现了不少问题和困难。随着计算科学的迅速发展，数值模拟技术兼有理论性和实践性的特点使其具有非常广阔的应用前景。笔者从微通道数值模拟的研究方法、多相流模型设置、单/两相流流动数值模拟研究发展、临界热流密度等方面进行了综述，得到主要结论如下。

(1)传统CFD数值模拟方法侧重于将整体的连续模型离散化，往往存在界面问题和网格尺度问题，而LBM方法针对的是流体粒子的运动、边界条件易实施、可并行计算；但LBM发展起步晚，不如CFD成熟，而且受到驰豫方式、壁面边界处理等问题的限制，所以需要进一步的探究和改进。

(2)目前微通道换热器研究中，应用最广泛的CFD单相流模型是基于N-S方程的离散模型；在气液两相流模拟尤其是针对沸腾换热的数值模拟中，VOF模型应用最广泛。

(3)微通道内单相流的流动换热研究主要集中在微通道内摩擦系数、压降值及导热系数随边界条件的变化；微通道内的流动沸腾换热具有尺度小、热应力小、受热面温度梯度小等特点，是微通道数值模拟的研究重点；如何有效确定和控制CHF是沸腾换热模拟中的一个重要课题。

综上所述，在微通道内流动传热研究中引入数值模拟方法，有利于深入理解微通道内的两相流动过程；同时模拟得出的可视化温度场和流场，也有助于探索典型传热过程的组成部分，构建全面的流动换热理论体系。