沸腾传热的热量传输效率高,相比于对流传热,可以维持壁面较低的过热度,同时与其它相变传热方式相比,沸腾传热简单、经济、技术成熟,故沸腾传热广泛应用于各种热能工程。沸腾传热具有快速瞬态性、相态变化、多阶段等特征,换热过程复杂,对沸腾传热过程和机理的认识还存在很多局限,因此沸腾传热一直是相变传热领域研究的热点。本文以梯度金属泡沫和方柱阵列为研究对象,运用以实验为主、数值模拟相结合的方法对梯度金属泡沫和方柱阵列的池沸腾传热性能和机理进行了研究,包括孔隙密度、泡沫厚度及活性剂对梯度金属泡沫池沸腾传热性能的影响,以及润湿性和表面形貌对方柱阵列传热性能的影响。另外,建立了方柱阵列的数值模型,从气泡动力学角度揭示了池沸腾传热机理。主要的研究内容及成果如下:(1)孔隙密度、泡沫厚度及活性剂对金属泡沫的传热性能具有显著的影响,双层梯度金属泡沫可以强化换热。活性剂Triton X 100(TX-100)和聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP)使换热恶化,因为增大了液体的粘度,不利于气泡的逃逸。(2)直方柱阵列表面镀银之后,接触角变大、换热变差,梯度方柱阵列进一步削弱了换热,因为在梯度阵列表面气泡容易形成气膜。去离子水中加入异丙醇或者正庚醇之后,汽化核心减少、气泡体积减小,在低热流密度时削弱了换热,但是在高热流密度时,能够有效阻碍气泡合并形成气膜,增强了换热。(3)方柱阵列的数值模型显示了不同表面形貌、不同润湿性对气泡的形成和脱离的影响,促进了对池沸腾传热机理的认识。