沸腾换热是一种高效的传热方式,在日常生活和各类工程领域中得到了广泛的应用。提高沸腾传热的热流密度,增强换热效率,不断提高热能利用率和能源转换率对建设当代低碳、清洁、环保的能源体系有着重要意义,因此,对沸腾换热技术提出了更高的要求。表面微结构尺寸和表面润湿性对沸腾换热的影响一直是该领域内主要研究的热点。本文以试验研究和数值模拟相结合的方法,系统研究表面不同结构尺寸和不同粘附性表面池沸腾换热性能,分析了超疏水表面的粘附性差异对池沸腾换热的影响机理。首先,受荷叶和玫瑰花瓣表面微结构启发,设计制备了一系列不同粘附性的超疏水表面。在激光打标机上扫描出不同尺寸间距的凹坑结构,对扫描后的铜基表面使用正十二烷基硫醇进行修饰,通过接触角和滚动接触角的测量,验证了表面的超疏水性及粘附性。其次,采用自行搭建的可视化饱和池沸腾试验测试系统,对所制备的不同粘附性超疏水表面进行换热试验,分析了表面的换热性能。试验结果表明,表面微结构尺寸最小(10-100)时换热性能最优,换热系数是光滑表面的2.22倍,且微结构表面的沸腾起始点比光滑表面低5.6℃。采用高速摄像系统采集了试验模型表面汽泡的产生及脱离行为,结果发现:微结构表面汽化核心位置比较固定,而光滑表面的汽化核心位置随机产生;汽泡的脱离直径都随着壁面过热度的增加而增大,当汽泡的脱离直径增大,汽泡的脱离频率减缓,微结构表面的汽泡脱离频率远大于光滑表面;表面微结构凹坑为换热提供了更多的汽化核心数,增加了表面汽泡成核密度。结果表明,表面的微结构可以显著增强换热效率,加快汽泡产生与脱离,加快相变过程中热量的传递效率。之后,通过对超疏水低粘附表面、超疏水高粘附表面和光滑表面的热流密度、换热系数和汽泡动力学的对比分析发现,超疏水低粘附表面和超疏水高粘附表面的换热效率明显高于光滑表面,但由于壁面过热度的增加,壁面会发生汽泡聚合现象,使换热效率降低。最后,应用数值模拟分析了超疏水低粘附表面、超疏水高粘附表面和光滑表面汽泡的生长情况。模拟和试验所测得热流密度和换热系数值基本一致。超疏水低粘附表面汽泡的生长最快,其次为超疏水高粘附表面,最后是光滑表面,与试验结果相吻合。