人工曝气装置普遍应用于处理微污染水体。曝气利用气泡流带动流场内水体运动，进而达到搅动水体和复氧的目的。国内外实验表明曝气对于脱氮除磷以及人工控藻具有重要作用。但是，对于大型水库以及湖泊的曝气研究，实验手段具有一定的局限性，因而采用数值仿真手段研究曝气诱导产生的流场，可以优化控制参数，从而实现对微污染水体的有效控制。本文利用Comsol Multiphysics数值模拟软件，研究曝气产生的气液两相流运动。在已有数值模拟研究中，多采用等效流量法，即用单相流替代实际的多相流。这一模拟方法虽然简化了模型，但忽略了气液两相间的作用，与实际情况不符，模拟的精确性降低。气泡流模型则属于两相流模型，考虑了两相之间的相互作用，具有更高的精确性。本文以气泡流模型为基础开展了如下研究：首先，模拟了二维矩形装置中不同气速下的流场，并与已有实验图像进行对比，验证气泡流模型模拟曝气的可行性。结果表明，随着进气速度的增大，流场从自由气泡流逐渐向受限气泡流过渡，两侧壁面对流场的影响越来越明显；在中等Re数下由于流动会失稳，此时不宜简单采用对称边界，而在小Re数和极大Re数下，流动为对称结构，此时对称边界是适合的边界条件。其次，模拟了曝气筒内部的受限气泡流流动以及它对曝气筒外围流场的影响。在内筒液速分布研究中，将模拟结果与已知大气量情况下的弹状流实验数据进行对比，表明气泡流模型可在一定程度上替代弹状流，但需对流速进行修正。在筒外流场研究中，分别考虑了距离流场底部不同高度处的液速分布、气体体积分数分布以及不同气速、不同曝气方式对流场的影响。结果表明距离流场底部越高，则流场液速越大，气体体积分数越小；气速越大则流场内液速越大，影响区域越广；在单位时间曝气强度相同的前提下，分段曝气产生的液速较连续曝气产生的液速略大。最后，研究了受限气泡流对于温度分层流场的扰动。结果表明随着筒内速度的增加，温度分层水体达到均匀混合所需的时间越短。但当筒内速度超过一定值后，进水速度继续增加，不同温度水体达到混合所需时间几乎不变。分析主要因素的作用表明，单纯导热对这一过程的贡献很小，对流及湍流热传导系数是这一过程的主导因素，局部死区的存在不利于不同温度水体的混合。