淬火换热在低温流体应用中具有重要意义。表面特性可以影响淬火换热效率,其影响因素众多且作用机理复杂,因此,对不同表面特性的影响机理的研究是必要的。本文研究了不同表面特性对池态液氮淬火换热的影响。在液氮中对电解抛光表面,粗糙（盐酸蚀刻）表面,热阻涂层（特氟龙薄、厚涂层）表面,阳极氧化不开孔（RAAO）表面,阳极氧化开孔（AAO）表面和多层纳米通孔（MNP）表面共七种表面进行了淬火实验,并应用数值模拟进一步研究了表面热阻的影响。在实验分析和数值计算的基础上,本文深入研究和解释了表面粗糙度、表面多层纳米通孔结构等各表面特性对池态液氮淬火换热的影响机理。并对表面热阻和表面不连通纳米孔结构的作用机理提出了理论解释模型,进行了重点分析。在此基础上,本文继续研究了不锈钢表面阳极氧化膜的制备方法,并进行了液氮淬火实验。本文主要工作针对以下几方面开展:1.6061铝合金表面不同表面特性的制备和特性分析:本文采用6061铝合金圆柱棒作为基底,采用阳极氧化的方法制备了膜层厚度为15?m、具有均匀有序的不连通纳米孔结构的AAO表面和同膜层厚度的表面无明显结构的RAAO表面。将AAO表面采用磷酸腐蚀后制备了膜层厚度不变的具有纳米通孔结构的MNP表面。制备了粗糙度约为5?m的盐酸蚀刻表面和两种厚度的低表面热导率的特氟龙涂层表面。经表面润湿性分析,盐酸蚀刻表面具有最好的亲水性。本文继续对RAAO和AAO表面进行了淬火实验温度区间内的热物性分析,RAAO和AAO表面具有相等的表面热阻。2.池态液氮淬火换热的实验研究:本文对七种表面进行了液氮淬火实验研究。结果表面,各表面特性对液氮淬火换热均表现出了改善的作用。其中,MNP表面从室温冷却到液氮饱和温度所需时间最短,约25.1s,且不经过膜态沸腾,直接进入过渡沸腾。AAO表面将Leidenfrost Point（LFP）温度从电解抛光表面的112.3 K提高到211.6 K,且在液体自然对流阶段出现了不同于传统沸腾曲线的第二个热流密度峰值点。3.不同表面特性对液氮淬火换热影响的理论研究与机理分析:本文采用Kikuchi理论模型^[1]对具有表面热阻层的RAAO表面的淬火换热过程进行了数值模拟,计算得到了RAAO表面LFP温度和LFP发生的时间,计算结果与实验结果一致。由此可知,热阻层表面的膜态沸腾的结束是局部表面温度的降低导致的。此时,固体表面的整体温度仍然很高,但局部位置的表面温度不足以维持局部蒸汽膜,导致了LFP温度的提高。通过RAAO与AAO表面的实验结果对比,本文得到了AAO表面不连通纳米孔的独立作用,并理论计算出,当表面温度大于临界温度（94.4 K）时,AAO表面的纳米孔中将保持蒸汽状态。这一现象减少了表面的固液接触面积,导致了LFP温度的提高和核态沸腾及液体自然对流阶段热流密度的降低。当表面温度降低到临界温度以下时,液体流入纳米孔中,在液体自然对流区出现临界热流密度（CHF）之后的第二个热流密度高峰值。盐酸蚀刻表面的微米级的粗糙结构对蒸汽膜造成扰动,轻微地提高了LFP的温度。特氟龙薄、厚涂层表面的实验结果的对比表明,表面热阻越大,对淬火换热的改善效果越明显。MNP表面由于表面多层纳米通孔的结构,使沸腾产生的蒸汽在纳米通孔结构内部流动,造成了MNP表面与液氮的直接接触,出现了膜态沸腾阶段消失,直接进入过渡沸腾状态的现象。4.316L不锈钢表面阳极氧化膜的制备及液氮淬火实验研究:本文在316L不锈钢表面制备得到两种不溶于水的、耐受淬火过程巨大温度变化的性能稳定的阳极氧化膜,并进行了池态液氮淬火实验。实验表面,厚度约为1?m的阳极氧化膜表面将淬火过程时间缩短了约10%,为将阳极氧化技术应用于提高淬火过程换热性能的实用性提供了可行性依据。