随着电子、光电子、电力电子等设备逐渐向高功率、高结构紧凑性方向发展,核心部件单位面积的发热量急剧上升,热流密度达到100 W/cm~2以上,甚至接近1000 W/cm~2。为了解决高热流密度散热问题,微/纳米结构表面、具有吸液芯结构的热管、微通道相变冷却等技术逐渐被应用。在上述传热技术中,薄液膜在高热流下的沸腾特性是影响散热系统性能的关键,然而目前对薄液膜的相变传热规律尚不清楚,包括:过热度、液膜厚度和壁面润湿性三种因素对薄液膜相变的综合影响规律和影响机理不清。高热流密度下薄液膜内分子的能量转变规律及对气相成核过程的影响机制研究不足,因此,有必要探究高热流密度下薄液膜气-液相变规律和能量传热机理。分子动力学方法（MD）可从微观角度还原气-液相变过程,并以较小的时间尺度准确捕捉薄液膜流体动力学过程,给出热量传递与转换的微观机理。本文模拟了薄液膜在高温金属壁面上的相变过程,系统研究了过热度、液膜厚度和壁面润湿性等因素对相变模式和相变规律的影响机制。结果显示,高过热度条件下,极薄液膜发生爆炸沸腾且临界热流密度（CHF）更大。固液界面热阻R1（受壁面润湿性影响）和爆炸沸腾发生区域上方薄液层的热阻R2（受薄液层厚度影响）是影响爆炸沸腾发生区域温升速率的关键因素,同时决定了薄液层爆炸沸腾发生时刻（TOB）。当爆炸沸腾发生区域（位于加热壁面上方约2.5 nm）的温度达到爆炸沸腾触发温度以后,爆炸沸腾才会发生,否则将发生蒸发现象。同时,薄液膜相变的过程与热量传递过程一一对应。当固液接触角足够小时,薄液膜的TOB不受薄液膜厚度影响,但随着接触角的增大,TOB随着液膜厚度的增加而降低;疏水表面下,不同厚度薄液膜只发生蒸发;对于亲疏水复合表面,当疏水区足够小时,TOB不受薄液膜厚度的影响,当疏水区面积比例扩大时,TOB随着薄液膜厚度的增大逐渐降低,当疏水区面积比例进一步扩大时,薄液膜发生蒸发现象,厚液膜的TOB延长,由此推测,当疏水占比接近均一疏水表面,此时各种液膜厚度均发生蒸发。当液膜厚度为相同时,壁面润湿性越强,TOB提前。随着亲疏水复合壁面疏水面积比例的扩大,TOB延后。R134a是散热系统中常用的制冷剂,但目前尚缺乏能够对R134a在宽温度范围内的相变过程进行准确预测的全原子力场。本文选取三种势函数PCFF、CVFF和OPLS,分别给出其详细力场参数,研究了三种势函数条件下R134a的气-液两相平衡性质。通过对比200～340 K温度区间内的气-液两相分布状态、界面厚度规律、饱和气液两相密度以及饱和蒸气压等参数,评估出三种势函数在R134a气-液两相平衡特性上的预测精度。其中PCFF势函数的饱和液相密度、气相密度和蒸气压的模拟值与REFPROP数据库之间的平均相对误差分别为1.72%、5.387%和7.70%,均小于其余势函数,从而表明PCFF势函数在计算R134a气-液相平衡方面精度最高。在此基础上利用PCFF势函数预测了液相R134a在不同高温金属壁面上的相变过程,发现其在高温条件下能够准确模拟R134a的蒸发和爆炸沸腾现象,并且热流曲线符合宏观相变规律。高热流密度输入后,薄液膜会发生如下基本过程:高压脉冲热量的快速建立、小尺寸蒸气空隙快速成核和生长、蒸气空隙快速聚集成蒸气层和蒸气层长大,这些过程都与瞬变的压力和温度的相互作用相关。为了研究高热流密度输入条件下,薄液膜内详细的能量转换过程,给出热和流体动力学的耦合机制。本文分别建立了无加热面和有加热面时薄液膜对脉冲热量响应的计算模型。研究发现在脉冲热量的激发下,简单分子氩和复杂有机分子R134a均经历了“膨胀-压缩”的过程,同时系统的能量进行“动能-势能转换”,由于R134a分子内的强键结作用和分子间的库伦作用力使得R134a的动能与势能之间的转换幅度要远远小于液体氩。当在高温金属壁面上加热R134a时,近壁面产生较高振幅热声压,并向上传递至爆炸沸腾拟发生区域后发生反射,拉应力产生。随后压力进入负值且压力波的振幅恒定,蒸气胚成核并逐渐联结长大。爆炸沸腾区域的液层温度达到临界温度,压力恢复并升高,液相的热力学稳定性达到极限,纳米气泡聚集,发生爆炸沸腾。