随着科技的快速发展,光电设备逐渐呈现高通量、高集成化和高频化的特点,这对高效热管理技术提出了挑战。多孔结构由于较大的散热比表面积和较强的毛细力,常被作为优异的热质输运结构应用于航空航天、光伏发电、海水淡化等领域。针对单尺度的均匀多孔结构已经不能满足光电设备高散热性能要求的现状,如何通过润湿性和表面结构的有效调控来实现复合多孔结构热质输运性能的提高,已经成为高功率下保证设备高效工作的关键。本文以烧结多孔结构为研究对象,结合理论分析、数值模拟和实验观测,系统地研究了基于润湿性和表面结构调控的多孔结构在沸腾传热和毛细蒸发过程中的热质传输特性,明晰了复合多孔结构强化汽泡输运过程和毛细性能的物理机制。基于微结构协同效应的有效调控,设计并制备了功能化多孔结构,进行相关传热性能测试,研究了微结构影响表面传热性能的内在关联,明晰了毛细蒸发和沸腾传热的调控策略,实现传热强化。此外,基于复合多孔结构在毛细蒸发和沸腾传热过程中的有效调控,提出一种集成高倍聚光光伏技术的毛细海水淡化系统,揭示了毛细驱动海水淡化的控制因素和调控机理,给出了有效调控策略。主要研究内容与结论如下:以烧结铜粉颗粒为模型,通过理论分析,给出了液体流动的最佳尺寸间隙。揭示了多孔结构润湿性对汽泡输运过程的微观影响机制,相比亲水多孔结构,疏水多孔结构对汽泡的生长过程展现了更强的粘附作用,导致汽泡主要在水平方向扩展,容易与相邻汽泡合并。明晰了表面微腔结构强化汽泡输运过程的微观机理,对于微腔成核的汽泡来说,在汽泡底部形成了许多涡旋,流体的无序流动显著增加汽液界面的扰动,导致速度梯度增加,促进了汽泡的脱离,同时微腔中的液膜提供了补液路径。由于表面微腔结构的存在,显著增加了涡旋微团数量,加剧了流体的扩散行为,流体形成的微团与汽泡边界不断发生剪切,显著改善了汽泡的生长行为。进一步结合多尺度协同效应的调控机制,设计并制备了表面微腔复合槽道多孔结构,通过实验测试发现,表面润湿性得到显著改善,同时毛细性能也得到大幅度提高;有效改善了沸腾传热过程中汽泡动力学行为和高热通量下的再润湿补液性能。在常压条件下测试了表面微腔复合槽道多孔结构的池沸腾传热特性。结果表明,与普通烧结槽道多孔结构相比,表面微腔复合槽道多孔结构提高了汽泡成核密度,减小了汽泡脱离直径,增加了汽泡脱离频率。与纯铜平表面相比,表面微腔复合槽道多孔结构的临界热通量提高了125%,传热系数提高了150%,核态沸腾起始温度降低了85%。由于多孔结构表面形成了大量的微腔,更多的汽泡成核位点被激活;同时微腔内的成核小汽泡可以吸收微腔周围壁面的热量,从而使汽泡生长速度加快。微腔内汽液界面不稳定性也加速了汽泡的脱离。由于尺寸的限制,微槽内的汽泡在靠近壁面处生长,微槽与汽泡之间的微层液膜会加速汽泡的生长。进一步得出不同多孔结构的芯吸速率与临界热通量（CHF）呈良好的线性关系。受树木的蒸腾效应以及水输运过程的启发,结合表面微腔结构和梯度孔隙的协同效应,构建了强化毛细蒸发过程的具有表面微腔覆盖的梯度多孔结构。这种微结构协同效应显著改善了汽泡输运过程,导致流体流动更加无序,不同尺度的涡旋之间存在非线性作用力,使得流体的流动状态更加复杂,进一步加剧了汽液界面的扰动,极大地促进了汽泡的运动。当过热度为5 K时,与梯度多孔结构相比,表面微腔复合梯度多孔结构的平均传热系数提高了47%。同时该结构耦合了梯度孔隙的高渗透率和微腔结构的高毛细压力,有效改善了液体芯吸与蒸汽的快速排出不匹配的问题。在常压条件下系统地测试了表面微腔复合梯度多孔结构的毛细蒸发特性。研究发现,与其它多孔结构相比,在同一热通量下,表面微腔复合梯度多孔结构显著降低了过热度,其传热性能得到明显提高。归因于弯月面界面的曲率使得液体从汽液界面不断补充到烧干的位置,抑制了微腔内的液体烧干,同时微尺度结构协同效应导致汽泡成核位点密度、脱离频率、汽泡成核面积明显增加。相比梯度多孔结构,在表面微腔复合梯度多孔结构未达到临界热通量前提下,其热通量提高了32.5%,传热系数提高了220%。对新型的集成高倍聚光光伏技术的毛细驱动海水淡化系统的研究表明,在电池表面允许温度下,U型表面微腔复合多孔结构可以达到较高的聚光比（CR）。在最大CR下,根据U型表面微腔复合多孔结构的等效淡水收集量最多可达18 kg/（min·m~2）。与普通U型多孔结构相比,U型表面微腔复合多孔结构在CR=867时,表面未有盐附着,展现了较好的阻盐性能。进一步探究发现,U型表面微腔复合多孔结构能够保证海水淡化的热效率维持在50%以上。同时在CR＞1000时,U型表面微腔复合多孔结构可以继续工作,电池效率能够稳定保持在36.4%以上,每平方米的最大等效电能产量达418kW。