液滴蒸发现象在生活生产中十分常见,是一个涉及相变、传热与传质、热毛细对流等的复杂热物理过程。液滴内热毛细对流不仅能增强热质输运,还能影响含微粒液滴蒸发后沉积斑图的形态,对喷墨打印、喷雾冷却等具有重要影响。尽管目前对液滴蒸发开展了大量的研究,但是涉及液滴内热毛细对流的研究较少,尤其是对固定接触角模式下蒸发液滴内热毛细对流不稳定性的认识较为缺乏。因此,本文以固定接触角模式蒸发液滴为研究对象,研究了液滴内热毛细对流及其不稳定性。首先,实验研究了蒸发液滴内Bénard-Marangoni（BM）对流失稳现象,分析了基板温度、接触角以及润湿半径对BM对流及其演变规律的影响。研究发现,当液滴表面法向温度梯度占主导时,热毛细对流会失稳为“花瓣”状BM涡胞。BM涡胞中心区域温度高于边缘区域,且BM涡胞波长约为厚度的3.0倍。随着基板温度或法向Marangoni数（Man）的增大,热毛细对流更容易失稳。然而,随着接触角的增大,热毛细对流的稳定性增强。此外,BM涡胞数随润湿半径的减小而减小,无量纲BM涡胞数随无量纲蒸发时间的平方线性减小,受接触角的影响较小。其次,实验研究了蒸发液滴内纵向滚胞失稳现象,分析了基板温度、接触角、环境温度以及润湿半径对纵向滚胞的影响。研究发现,当液滴表面法向与切向温度梯度之比约为11.1时,热毛细对流失稳为纵向滚胞。纵向滚胞从三相接触线附近径直延伸至液滴中心,沿周向均匀分布,呈“轮辐”状。纵向滚胞数随润湿半径的减小而线性减小。随基板温度和接触角的增大,纵向滚胞数和Man随之增大。环境温度对纵向滚胞的演变、纵向滚胞数以及Man的影响较小。另外,采用任意拉格朗日-欧拉法追踪蒸发液滴表面动态变形,建立了三维非稳态数学模型,研究了液滴内热流体波失稳现象,分析了基板温度、初始润湿半径以及接触角对热流体波的影响。研究发现,当液滴表面切向温度梯度占主导时,热毛细对流失稳为热流体波。热流体波具有三个螺旋形波纹,沿周向均匀分布在中心区域,呈“扇叶”状。随着润湿半径的减少,热流体波沿逆时针或顺时针方向传播,旋转速度逐渐加快。随基板温度和初始润湿半径的增大,液滴内出现不规则的热流体波。然而,随接触角的减小,液滴内会同时出现纵向滚胞和热流体波。此外,热流体波仅发生在接触角θ＞36°的易挥发性液滴内。进一步,数值模拟研究了亲液表面上蒸发液滴（以θ=50°为例）内热毛细对流及其不稳定性,分析了 Marangoni数（Ma）、蒸发冷却数（E）、基板与液滴导热系数之比（kR）、以及普朗特数（Pr）对液滴内热毛细对流不稳定性及液滴传热性能的影响。研究发现,当Ma＞3950或E≥45时,热毛细对流失稳为热流体波。随着Ma或E的增大,热毛细对流更容易失稳,导致热流体波的传播速度、液滴内流体动能和传热性能均增大。当kR＜0.1时,液滴内同时出现BM涡胞和纵向滚胞。当0.1≤kR＜0.5时,液滴内依次出现BM涡胞和纵向滚胞混合失稳模式、热流体波和纵向滚胞混合失稳模式,而当kR＞0.5时,液滴内只发生热流体波失稳。当Pr＜9.0时,热毛细对流失稳为热流体波。随着Pr的增加,热毛细对流的稳定性增强,因而热流体波变得更规则且表面温度振荡减小,从而导致出现热流体波失稳的临界Mac和传热性能逐渐增大。最后,针对疏液表面上蒸发液滴（以θ=120°为例）内热毛细对流及其不稳定性,数值模拟研究了 Ma、E、kR、Pr对热毛细对流不稳定性及液滴传热性能的影响。研究发现,当Ma≥4750或E≥4.0时,液滴内发生纵向热流体波向热流体波转捩现象,增强了液滴的传热性能。随着Ma的增大,流体动能、液滴表面温度和相应的振荡频率逐渐增大,但温度振幅逐渐减小。随着E的增大,流体动能和表面散热逐渐增大,而表面温度却逐渐降低。当kR＜0.5时,热毛细对流依次失稳为BM对流和纵向热流体波,而当kR≥0.5时,热毛细对流先后失稳为纵向热流体波和热流体波。当Pr≤ 5.5时,热毛细对流失稳为热流体波,而当Pr＞5.5时,则失稳为纵向热流体波。