随着微纳米加工技术和表面改性技术的提高,沸腾换热强化技术近年来得到了迅速的发展。但由于沸腾换热过程的复杂性,其中的流动换热机理仍远未清晰。为探究核态沸腾过程中近壁面的汽泡动力学行为与加热表面沸腾换热过程间的相互作用,本文首先发展了两相流动-微液层蒸发-壁面传热的流-热耦合分析方法,模拟了单汽泡和双汽泡沸腾过程中汽泡生长过程以及壁面温度的变化,并通过单汽泡沸腾实验验证了微液层蒸发机理的合理性。进一步对高热流密度沸腾中的汽泡合并过程和加热表面的传热特性进行了模拟分析。创新性内容包括:首先,发展了包括固体热传导、微液层蒸发和两相流动计算的流-热耦合方法,从而可以模拟沸腾过程中汽泡生长和脱离时加热表面温度在时间和空间的变化。其中,汽泡生长所需要的蒸汽根据汽泡底部微液层的蒸发确定。流体侧相界面的移动则基于OpenFOAM中的VOF（Volume of Fluid）模型进行捕捉。根据两相流动计算中汽泡根部的位置和微液层的厚度分布可确定传热计算中加热表面的自然对流、微液层蒸发和干区三部分区域的实时变化。传热计算中沸腾换热表面的热流密度边界条件则由此三部分决定。采用该方法对文献中单汽泡沸腾的实验结果进行了模拟,结果表明,本方法可以较好地模拟汽泡生长直径、微液层分布和加热表面温度变化。进一步,采用流-热耦合方法分析了沸腾过程中热流密度和壁面接触角对汽泡脱离特性的影响。结果表明,热流密度的增大导致汽泡脱离直径增大、汽泡脱离频率升高。而且,连续汽泡间的尾流作用随热流密度增大而增强,使汽泡较早脱离,从而导致长短汽泡脱离周期交替出现。壁面接触角的增大会引起汽泡的脱离直径增大,而且,由于汽泡生长过程中底部微液层覆盖区域较大,沸腾换热系数较大。另外,还分析了孔穴开口直径和加热表面材质对汽化核心活化行为的影响。随着孔穴开口直径的减小,其活化所需的过热度逐渐升高,导致汽化核心活化前会出现等待时间。随着热流密度升高,等待时间会缩短甚至消失。相比于导热性能较差的硅表面,铜表面上汽泡生长过程中加热表面温度分布较均匀且回升速度较快,等待时间较短。模拟结果表明导热性较好的换热表面有利于沸腾换热过程的强化。在单汽泡沸腾模拟基础上进一步进行了双汽泡沸腾过程模拟。结果表明,由于受到相邻汽化核心上方的已脱离汽泡产生的尾流作用力的影响,双汽化核心上的汽泡会在生长和上升过程中相互吸引和靠拢。这种汽泡间的相互干扰同时也会引起双汽化核心间的交替活化,导致加热表面温度出现不同周期的波动。同时,较大尺寸的汽化核心对较小尺寸汽化核心的活化存在抑制作用,引起较小尺寸的汽化核心发生间歇性活化。而且,汽化核心开口直径差别越大,较小尺寸的汽化核心活化前的等待时间越长,抑制作用越明显,导致加热表面整体的传热性能减弱。进一步基于单汽泡池沸腾实验获得了完整的汽泡生长时序图像,并通过图像处理测量了汽泡在一个生长周期中的直径、纵横比和汽泡基圆半径变化。通过相关性分析发现,汽泡体积变化速率与汽泡根部基圆半径的变化呈显著正相关,表明汽泡底部基圆半径内侧的微液层蒸发在孤立汽泡沸腾过程中起主导作用。以汽泡基圆半径和脱离周期的实验数据为已知条件,对固体加热器进行了传热数值分析,通过匹配实验中测得的加热器内各点温度,预测了实验条件下汽泡底层的微液层厚度,与相关测量结果有很好的一致性。针对活化点密度较高的高热流密度区域,首先通过可视化实验对孤立汽泡的连续合并以及二次汽泡的形成和发展过程进行观测,确立了固汽液界面厚液层蒸发模型的合理性。进一步聚焦于沸腾固汽液界面,基于厚液层蒸发建立了高热流密度沸腾传热的耦合模型。模型中将沸腾换热表面分层划分为诸多子区域,每一子区域中孔穴大小和数量随机分布。需要辨别微米量级孔穴时则进一步将子区域划分为更细的网格。随着子区域内孔穴逐渐活化,二次汽泡首先在子区域内形成,并逐渐与周围子区域汽泡合并形成更大的二次汽泡。通过厚液层蒸发模型获得的加热表面热流密度作为壁面热传导计算的边界条件,实现了高热流密度区的沸腾传热过程模拟。进而,在加热表面上随机布置了不同数目的孔穴,分析了加热表面粗糙度对加热表面换热性能的影响。结果表明:预测所得沸腾曲线与实验结果基本相符,加热表面粗糙度的增大导致沸腾曲线左移,同时,粗糙表面上的活化点密度对壁面温度波动更为敏感,从而引起交替出现的长短周期。