全球经济的快速发展,伴随着电子元器件需求增加的同时,元器件的特征尺寸越来越小,单位面积内的发热量急剧增加,因此对于高热通量散热器的需求急剧增加。由于常用的风冷与液冷散热方式中只涉及单相自然对流传热和单相强制对流换热,渐渐的不能满足高散热的要求。热管作为一种自发式的相变散热元件,有着换热效率高、等温性好和内部结构简单的优点。其散热能力超过单相自然对流换热1-3个数量级。热管中的传热介质热导率也决定着热管热交换的效率,纳米流体导热率高于一般流体的传热性能,具有较好的应用前景。除此之外,微型热管的工作中还涉及微纳尺度流体的运动,界面热量的传输以及多相之间的转换过程。为给热管强化传热打下理论基础,加快热管的实际运用,本文基于分子动力学方法,对粗糙通道内的纳米流体流动,固液界面间的强化传热以及纳米流体的相变机理开展理论研究。首先对纳米流体在粗糙壁面上的流动过程及影响因素进行探究,对模型的构建和模拟方法进行了介绍。计算半球形、三角形和矩形截面粗糙度与光滑壁面下的热物性参数,并对比发现增加粗糙度的高度会促使温度和流速的升高;在高度相同的情况下,减小截面面积会增加纳米流体的速度和温度;同时,由于粗糙度的存在减少了近壁面处的密度幅值,这是由于粗糙度的存在减少了近壁面处的粒子数。最后发现三角形粗糙度对纳米流体的流动特性影响最大。其次,固液界面传热影响着热管换热效率,由于界面间热阻的存在,会阻碍热量的传输。如何增强固液界面热量传输是亟待解决的问题。单层石墨烯具有高热导率的特点,研究发现固液间添加单层石墨烯层会显著降低界面热阻,降低幅度高达48%,石墨烯与基液粒子之间的声子失配度低于金属壁面与基液粒子,解释了固液界面传热增强的原因。同时由于石墨烯与铜金属壁面之间的作用力弱,也导致了固液壁面处的速度滑移程度增加的现象。最后,相变过程也影响着热管换热效率,探究纳米颗粒的形状、数量等在沸腾相变过程中起的作用,有着重要意义。本文研究发现比表面积小的纳米颗粒可以缩短相变发生的时间,同时比表面积越大,体系的热导率的也会随着增大。除此之外,纳米颗粒的数量越多,会延长体系相变的时间,与此同时,热导率也会越大。本文系统的研究了纳米流体的泊肃叶流动,固液壁面间的热量传输,以及纳米流体的强化传热相变机理。上述理论研究对于热管的实际运用有着重要作用。