沸腾传热是高热负荷表面保持相对较低温度的有效手段,具有高传热系数的特点,在航空航天、机械制造、芯片冷却以及能源化工等诸多工业领域具有广泛应用和重要意义。近年来,随着微纳结构表面和表面改性等强化技术的发展,使得微尺度下沸腾传热继续变成相变传热强化等领域的热点之一。由于实验手段和理论研究很难从分子层面进行分析和观察,分子动力学被广泛地应用到纳米尺度沸腾现象与机理的研究中。因此,本文采用分子动力学模拟方法研究微尺度相变传热的机制并通过润湿性的智能调控强化沸腾传热。首先,通过建立表面势能的二维、三维模型揭示润湿性和粗糙度影响沸腾传热的机制。然后,引入热源温度和液膜厚度,对比分析多项热力学参数共同影响沸腾传热的机理。在此基础上,提出一种提升沸腾传热性能的亲疏水智能调控表面,进一步实现微尺度下沸腾传热的强化和核化过程的调控。具体内容如下:分析表面润湿性对纳米尺度薄液膜沸腾换热的影响。通过建立三维表面势能模型,探讨润湿性、表面势能与沸腾传热三者之间的关系,从而揭示表面润湿性影响纳米尺度沸腾换热的机制。即提升表面润湿性强化沸腾传热的本质原因是表面势能的提高。此外,对比纳米和宏观体系下的沸腾传热,增加表面润湿性均可以提高临界热流密度（CHF）。最后,拟合无量纲表面势能和界面导热率（ITC）及CHF之间的函数关系。建立表面势能的二维模型并深入分析表面粗糙度、表面势能和沸腾传热三者之间的关系,揭示表面粗糙度影响纳米尺度沸腾换热的机制。提出临界间距解释通过减小槽道间距来增加粗糙度对沸腾传热的促进或抑制作用。当槽道间距超过临界间距时,增加粗糙度强化沸腾传热的本质原因是通过增加传热面积来提高表面势能。进一步研究不同高度和间距的纳米槽道,表明1.444nm的临界间距也适用于纳米尺度下更多不同高度的纳米槽道。最后,针对粗糙度对CHF、ITC和界面热阻进行数值拟合。对不同表面温度条件下,不同润湿性表面上水膜的快速沸腾现象进行分析。亲水表面上的水分子比疏水表面上的水分子具有更高的温度梯度和初始热流密度,以及更短的沸腾起始时间和更低的界面热阻,表明亲水表面有利于强化快速沸腾传热。提升表面温度可以增加水膜中的温度梯度、热流密度以及促进快速沸腾的起始时间,表明高温表面有利于增强沸腾传热。此外,润湿性对水膜快速沸腾的影响在低温表面下更加显著,在高温表面下受到限制。从水力直径的角度研究了液膜厚度和表面粗糙度对水膜沸腾传热的影响。较高粗糙度表面上的水分子具有更高的沸腾温度和初始热流密度,更短的沸腾起始时间和更低的界面热阻。此外,可以通过减小液膜厚度来提高水分子的沸腾温度和快速沸腾的起始时间。通过增加粗糙度来减小水力直径可以极大地促进快速沸腾的性能,这是由于增加了传热面积以及降低了界面热阻。同时,可以通过水力直径确定沸腾的起始时间和沸腾温度,若给定液膜厚度或表面粗糙度,也可以确定热流量和界面热阻。提出了纳米尺度下的一种亲疏水智能调控表面,该表面具有比混合润湿性表面和亲水性纳米结构表面更短的初始成核时间。通过计算固/液界面的相互作用能来解释智能调控表面促进气泡成核的主要原因。具有较高界面能的亲水纳米结构可以在气泡成核之前将更多的热量传递给液体,当水分子吸收足够的热量时,亲水纳米结构转变为界面能较低的疏水性纳米结构从而促进气泡成核。随后计算水分子的势能分布,以阐明亲疏水智能调控表面上气泡成核的机理:纳米结构导致水分子较低的势能绝对值,因此为气泡的初始生成提供固定的成核点,从而缩短初始成核时间。研究更多润湿性调控温度的纳米结构表面,得出调控温度对初始成核时间的影响并求得最优值。最后,通过无量纲分析方法对比纳米尺度和宏观尺度下智能调控表面的传热性能。本文通过分子动力学揭示了粗糙度和润湿性影响纳米尺度沸腾传热的机制,补充完善纳米尺度沸腾传热的理论知识体系,并提出了纳米尺度下促进气泡成核的智能调控表面。本研究为微纳系统及器件的设计制造与性能优化提供数据支撑与理论指导。