微通道中的流动冷凝过程在微热管、芯片实验室、微燃料电池和微型空天飞行器热控制系统等装置中有着广阔的应用前景，是当前工程热物理学科的研究热点之一。现有实验研究表明，微尺度冷凝传热机理与常规尺度冷凝机理存在着很大差异。目前，对微通道中流动冷凝机理的研究与微通道中的单相流动传热和沸腾流动研究相比，仍然很不充分。本文对微米级的微通道流动冷凝过程，进行了较为深入的理论分析，实验研究和数值模拟。 本文利用MEMS技术中的TMAH湿法蚀刻和深度反应离子蚀刻DRIE工艺，在<100>硅片上蚀刻得到了水力直径分别为250μm和100μm，槽道侧腰倾角为54.7°的三角形槽道和通道水力直径为90.6μm的矩形槽道，并在通道硅片上阳极键合了Pyrex玻璃，实现了实验芯片的可视化。 利用可视化的硅微通道芯片，本文开展了微通道中流动冷凝的实验研究。在微通道中出现的冷凝流型皆由表面张力和气液界面剪切力所共同控制，与之相比，常规尺度下起主导作用的重力等体积力则可以忽略。在三角形和矩形硅微通道中出现的冷凝流型沿程主要有珠状流、环状流、喷射流和弹状.泡状流等，重力作用所导致的气液分层现象则并未出现。 喷射流是微通道冷凝过程中，环状流向弹状-泡状流转变的一种非稳态特征流型。在同一通道中，喷射流位置随着工质流量的增大而延后；在相同入口蒸气Reynolds数下，喷射流位置则随着通道尺度的增大而延后。喷射流频率随着蒸气入口Reynolds数，冷凝液Weber数的增大和喷射位置的延后而增大。较小水力直径的三角形通道中的流动冷凝不稳定性较高，而通道截面形状对喷射流位置和频率也将产生很大的影响。 在微通道流动冷凝过程中，冷凝通道的壁面温度呈沿程下降趋势。同一通道中的流动冷凝总压降、平均冷凝传热系数和平均Nusselt数，将随着入口蒸气Reynolds数的增大而增大。通道尺度对流动冷凝传热特性的影响显著，通道水力直径的减小将显著强化冷凝传热。基于实验数据，本文还给出了三角形硅微通道流动冷凝中喷射流位置和频率与蒸气入口Reynolds数，冷凝液Weber数和通道水力直径的实验关联式，以及流动冷凝Nusselt数与蒸气入口Reynolds数与通道水力直径的实验关联式。 环状流是微通道流动冷凝过程中的主要流型，占据了流动冷凝段的大部分长度。在实验研究的基础上，本文首先建立了三角形和矩形微通道环状冷凝的一维稳态模型，用以预测冷凝段的长度。 利用微通道环状冷凝的一维稳态模型，本文计算了环状冷凝的液相毛细半径，冷凝液压力、流速和蒸气流速的沿程分布规律。在环状冷凝段中，液相毛细半径在始末两端，沿轴向变化很快；而在冷凝过程的中部，其变化则相对平缓。在环状冷凝段，冷凝液压力总是沿程增大，其变化与通道的大小和热流密度等因素密切相关。冷凝段中气相沿程压差很小，较之液相沿程压差可以忽略。微通道中的环状冷凝段长度与通道的形状、大小以及入口蒸气压力，热负荷，接触角等因素皆有关。在同一通道中，接触角和通道热流密度较小或者通道水力直径和入口蒸气压力较大时，冷凝段长度较长。在其他条件相同时，矩形微通道冷凝段长度则长于正三角形微通道。 为了进一步弄清通道壁面上的液膜分布规律，本文充分考虑了表面张力对环状冷凝液膜分布的影响，对水力直径为500μm以下的矩形微通道环状冷凝进行了三维数值模拟。矩形通道中的冷凝液被分成了薄液膜和弯月面两个区，通过求解气相和弯月面区的动量和质量方程及薄液膜厚度方程，得到了冷凝液膜的厚度分布，以及传热系数和壁面温度分布。计算发现，薄液膜区液膜将沿程逐渐增厚，到达一极值后再逐渐变薄。在通道截面中，薄液膜区的传热系数大于弯月面，最大局部传热系数和壁面最高温度皆位于薄液膜区和弯月面的连接处。在冷凝起始段，通道横截面的平均传热系数沿程急剧减小至一极小值；在此后的很长一段距离内，则基本保持不变，直至接近环状冷凝终点时又再次沿程减小。