液滴蒸发是自然界和工业中常见的一种现象,比如“咖啡环效应”和乙醇-水的混合蒸发。这些常见的现象都与液滴与固壁界面之间的相互作用有关,而蒸发又与润湿性、表面张力、接触线移动、相变转化、液滴内部的流动和液气界面上的蒸发动力学相互耦合。因此,液滴蒸发是一个复杂的、多领域相互交叉的问题。本文采用分子动力学(Molecular dynamics,简称MD)的方法研究纳米液滴的蒸发现象,主要工作和成果如下:(1)研究了各向异性界面对纳米液滴蒸发的影响。为了方便起见,模拟中采用了纳米液柱,液气粒子之间的相互作用采用Lennard-Jones势函数。界面的各向异性是通过两种等宽度但不同化学类型的交替条纹实现的,不同的条纹与液滴之间的接触角是不同的。本文的模拟是通过加热固壁使得液滴蒸发,而不是在等温状态下的液滴蒸发。研究表明,整个蒸发过程以非均匀蒸发效应为主,在蒸发初期体积膨胀和局部蒸发效应起着重要的作用。在整个蒸发过程中液滴的质量不是均匀减少的,而是以一种指数衰减的方式减少。从纳米尺度的观点来看,接触线的缓慢移动在钉扎过程中是确实存在的,本文的数值模拟也证实了这一现象。因此,纳米尺度下的钉扎现象与宏观所假设的完全静止不动的钉扎现象是不同的。研究还表明,蒸发过程中接触线的速度不仅与两条相邻条纹间的固有能垒有关,还与蒸发速率有关。一般来说,固有能垒越大,接触线移动速度越慢。在特定的温度下,当固有能垒小于临界能垒时,接触线的移动速度随着蒸发速率的增大而增大。而当固有能垒大于临界能垒时,第一次和第二次钉扎过程中接触线的移动速度仅由固有能垒决定,不再受蒸发速率的影响。(2)研究了各向异性界面上纳米柱状液滴的蒸发。界面的各向异性是通过两种等宽度但不同化学类型的交替条纹实现的,主要探讨了条纹宽度和基底温度对液滴蒸发过程中接触角、接触半径和传热传质的影响。研究表明,条纹宽度主要影响液滴形貌的变化,而基底温度则主要影响液滴的传热传质。当条纹宽度较大时,液滴蒸发会发生CCA-CCR模式的转变。而当条纹宽度减小到6.65σl时,液滴蒸发只会出现CCR模式。当条纹宽度进一步减小到1.9σl时,此时液滴蒸发行为与在各向同性界面上的蒸发行为类似,只会出现CCA模式。对于整体的传热传质,结果显示,提高基底温度能够促进液滴更快蒸发并提升单位面积的质量流。此外,液滴的初始蒸发速率与基底温度近似成正比。而对于局部传热传质,结果显示,三相接触线附近局部质量流和局部热流得到促进和抑制的分界线大致在96°～101°,偏离理论的90°,这是由于三相接触线附近的吸附层导致的。当接触角大于分界线时,液滴在三相接触线附近的传热传质得到抑制,反之则得到促进。(3)研究了二元纳米柱状液滴在各向同性界面上的蒸发。二元液滴包含二种组分,其中一种是亲水性粒子(type-2),还有一种是疏水性粒子(type-3)。为了研究表面张力和润湿特性对二元液滴蒸发的影响,本文主要研究两个参数:液液相互作用强度(ε23)和亲水粒子质量分数(φ)。研究表明,ε23和φ对平衡态的接触角(θ)和表面张力(γLV)有很大的影响。在蒸发过程中影响松弛时间(p-1)的因素主要有两个:ε23和φo φ和ε23越大,则p-1越小,表明二元液滴蒸发达到稳态的速度越快。影响二元液滴蒸发和冷凝速率的因素也有两个:θ和γLV。θ和γLV越大,则二元液滴蒸发和冷凝速率越慢。对于局部传质,三相接触线附近的质量流加强与抑制的边界在θ≈102°～106°,明显偏离90°,且ε23越小,偏离越大。这种差异是由TPCL附近的吸附层导致的。在整个二元液滴蒸发模拟中,没有观察到钉扎(Pinning)现象。本文的结果显示当ε23≥ 1.0时,二元液滴的蒸发模式是CCA模式。而当ε23=0.9时,φ越趋近0.5,则二元液滴的蒸发行为越接近CCA模式,否则二元液滴的蒸发模式就越像mixed模式。