疏水性结构壁面可以减少流动阻力,但在实际过程中会削弱换热。而纳米流体是一种不以增加流动阻力为代价就可以强化流动传热的新型介质,若将疏水性结构壁面与纳米流体协同应用,则有望实现在强化传热的同时降低流动阻力,提高良性因子。本文使用CFD的方法研究疏水性结构壁面协同纳米流体的综合性能。该研究建立了接近真实换热情况的气隙换热模型;基于该换热模型,讨论了影响结构壁面换热的两大因素:气隙热阻和速度滑移。并分析了换热机理;然后根据结构壁面流动及换热机理,建立了可以表达结构壁面流动及换热特性的宏观壁面模型,并根据不同结构壁面的综合性能筛选出了性能最优的壁面;最后,结合结构壁面,使用Mixture多相流模型模拟了纳米流体强迫对流换热,讨论了壁面和纳米流体协同作用的综合换热性能。具体工作如下:（1）疏水性结构壁面的换热机理。首先构建了气隙换热模型,然后结合四种结构探讨了气隙热阻和流动滑移对换热的影响,并研究了两种因素相互作用对换热的影响。结果表明,疏水表面上气隙的存在会使传热恶化,而表面滑移的存在则可以提高壁面的传热能力。但两种因素相结合后对换热的影响不是线性叠加的关系,而是与壁面结构有关。两种因素结合后速度滑移对纵向结构换热提升最小,对横向结构换热提升最大。在接触角为147°时,相比于无滑移作用时,横向结构对换热可提升15.77%。（2）疏水性结构壁面的宏观模型及综合性能研究。根据上述研究给出的物理机制,建立了可以表达疏水性结构壁面流动及换热特性的宏观模型,然后研究其在不同条件下的流动及换热趋势,并筛选出综合性能较优的壁面结构。结果显示,柱状结构壁面在四种结构中性能最优,在雷诺数为10000,接触角为147°时相较于平板可将良性因子提升0.67%,且在相同接触角,雷诺数为1000时该结构相较于平板可将良性因子提升8.31%。（3）疏水性结构壁面协同纳米流体的强迫对流换热数值模拟研究。基于筛选出的壁面结构,使用Mixture模型,开展了不同条件下的疏水性结构壁面协同Al2O3-水纳米流体的流动及换热研究,并讨论了在各种条件下纳米流体与疏水性结构壁面的最优匹配。研究表明,在低雷诺数时,低接触角结构壁面搭配低浓度的纳米流体,或者高接触角壁面搭配高浓度的纳米流体,其减阻和强化换热综合性能都较好。