蒸发式冷凝器通过喷淋水在换热管表面蒸发的气化潜热带走冷凝热,其结合了风冷式和水冷式换热器的优点,具有高效的换热性能及紧凑的结构。传统的蒸发式冷凝器为水平横管布置,管内制冷剂冷凝时会在横管底部积存较厚的制冷剂液膜,而管外喷淋水也会在横管管外底部积留水膜,因此恶化了蒸发式冷凝器的换热能力。本文结合降膜流动过程的优良换热特性,设计了一种新型的竖管蒸发式冷凝器结构,制冷剂能在竖管内降膜冷凝而喷淋水在竖管外降膜流动蒸发。通过实验研究了该竖管蒸发式冷凝器的换热性能,结果表明改造后系统COP较原系统提高了约30%;探究了喷淋水质量流率、空气质量流率和空气湿球温度对竖管蒸发式冷凝器制冷系统性能的影响,进而得到了液膜覆盖率以及液膜对流换热系数的经验关联式;提出了竖管蒸发式冷凝器传热传质过程的理论模型,用以预测其在不同实验工况下的换热性能以及流体出口状态。基于竖管蒸发式冷凝器的性能实验研究发现提高降膜换热表面的液膜覆盖率对于提高蒸发式换热器性能具有重要意义,本文继而研究了表面亲水涂层以及竖肋强化等表面处理技术对提高竖板上降膜流动液膜覆盖率的作用,利用红外热像仪对未处理铜板、亲水板和三角竖肋强化板上的喷淋水降膜流动液膜覆盖率进行了实验研究,探究了液膜质量流率、叉流空气流速以及热流密度对竖板上降膜流动液膜覆盖率的影响,并拟合了不同工况下液膜覆盖率的经验关联式。实验表明,竖肋在竖板降膜流动过程中能促进液膜的均匀分布,提高了竖板上降膜流动过程的液膜覆盖率。为了研究液膜在肋表面的扩展润湿行为,本文在实验和理论两方面研究了液滴在水平三角肋强化表面上成长与肋间扩展润湿行为。利用高速摄像机及CCD摄像机拍摄了液滴在肋强化表面的扩展润湿过程,测定了液滴肋间扩展润湿行为发生的临界液滴体积和临界角,提出了一种基于能量势垒的计算液滴肋间扩展润湿临界体积以及临界角的热力学方法。该理论方法得到的理论结果较Gibbs理论,能更好地反映液滴在不同肋结构强化表面上的扩展润湿行为。最后,本文研究了竖肋强化板上降膜流动的最小润湿流率。最小润湿流率是指保证竖直表面被液膜充分润湿的临界流率,其对保证降膜蒸发换热设备的高效安全运行具有重要意义。本文基于在液滴在水平肋强化表面上扩展润湿过程的理论研究,提出了一种计算竖直三角肋强化板上液膜流动最小润湿流率的理论方法,总结了竖直三角肋强化板上降膜流动过程的最小润湿流率与肋结构尺寸以及液体平衡接触角间的关系,并整理得到了一套肋板最小润湿流率的经验关联式,并实验测量了不同肋结构的竖直肋板上降膜流动的最小润湿流率,修正了肋板上降膜流动最小润湿流率关于肋结构与平衡接触角的经验关联式。