薄液膜的快速铺展作为形成薄液膜的先决条件,是强化薄液膜热质传递过程的基础。薄液膜在超亲水表面上的润湿与铺展特性及其内在机理,是强化薄液膜热质传递过程的前提。然而如何控制和加速铺展过程仍存在着挑战。超亲水表面上液膜铺展过程根据其主导力不同,可分为惯性力主导和毛细力主导两种铺展过程。本文以实验观测、理论分析结合数值模拟的方法和技术路线,研究了超亲水表面上的液膜铺展特性,提出了强化薄液膜铺展距离和铺展速度的新策略。本文主要研究内容如下:针对惯性力主导的液膜快速铺展阶段,利用高速摄像技术,观测并分析了超亲水表面上的液膜铺展特性,考虑了球冠状液膜形态、高黏性力和重力势能等因素,对现有的最大铺展直径预测模型进行了修正,建立了适用于超亲水表面上最大铺展直径的预测模型。与实验结果对比发现,该模型成功消除了以往模型在预测超亲水表面上最大铺展直径时低韦伯数（We＜25）下的反常趋势,且能较好预测高低全域韦伯数范围（1.91＜We＜290.08）内的超亲水表面上液膜最大铺展直径,预测结果与实验结果偏差不超过4%。各能量贡献分析表明,重力势能与辅助耗散的引入对于准确预测超亲水表面上最大铺展直径具有重要的作用。在此基础之上,针对超亲水表面高黏性力的特点,引入预铺液膜,利用红外热成像技术和数值模拟,研究了预铺液膜对惯性力主导铺展过程的影响。研究结果表明,惯性铺展阶段的最大铺展直径随着预铺液膜厚度的增大先增大后减小,在预铺液膜为连贯薄液膜时液滴铺展直径达到最大。相比于干燥的超亲水表面,较薄的预铺液膜（100μm）显著增大了惯性铺展直径,使铺展因子从2.5增大至3.7。数值模拟了液膜内部流场演变规律,揭示了预铺薄液膜实现惯性铺展直径增大的微观机理。在较厚预铺液膜上,液滴在铺展过程中内部形成涡旋,进一步抑制了撞击液滴的横向铺展,从而减小了最大铺展直径。而在相对薄的预铺液膜上,液滴的横向铺展得到了促进,铺展距离显著增大。为了克服超亲水表面毛细铺展过程中毛细驱动力和流动阻力在单一结构尺度下的竞争关系,引入了具有纳米线空心团簇和V形微槽的分级纳米线表面,利用激光共聚焦荧光成像技术,研究了纳米线空心团簇这一特征结构对液膜铺展过程的影响机制。研究结果表明,纳米线空心团簇内发生了优先毛细泵现象,该现象揭示了纳米线空心团簇为液膜铺展提供毛细驱动力的物理机制。与分级微柱表面的实心微柱相比,纳米线空心团簇不仅没有阻碍液膜铺展,反而驱动了V形微槽内的液膜流动。因此,相比传统分级微柱表面,分级纳米线表面的毛细铺展速率被提升近2倍。分级微柱表面的毛细抽吸系数为3.73 mm/s0.5,分级纳米线表面的毛细抽吸系数为6.54 mm/s0.5。在明晰上述特征结构作用机制的基础上,进一步研究了纳米线直径、纳米线高度和表面张力与黏度比对于毛细铺展速率的影响。研究结果表明,毛细铺展速率随着纳米线直径的减小而增大,随着纳米线高度的增大而增大,随着液体表面张力与黏度比的增大而增大。高速显微实验和Micro-PIV实验均证明了V形微槽为毛细铺展过程提供了流动通道,显著减小了流动阻力。在此基础上,利用毛细压力和流动阻力的平衡关系建立了毛细铺展速率的预测模型,较好地预测了实验结果,进一步证明了V形微槽具有为毛细铺展提供流动通道的作用。依据分级纳米线表面强化毛细铺展速率的结果,研究了纳米线空心团簇和V形微槽在毛细铺展蒸发过程中的作用机理,提出了一种薄液膜蒸发强化策略。研究结果表明,具有纳米线空心团簇和V形微槽的分级纳米线表面有效提高了薄液膜区面积,从而强化毛细蒸发速率。在壁面温度为60℃时,分级纳米线表面的毛细蒸发速率是光滑亲水铜表面的12倍。蒸发通量的计算结果表明,壁面温度为90℃时,纳米线空心团簇的蒸发通量为33.02 g/（m~2·s）,V形微槽的蒸发通量为3.37 g/（m~2·s）,球冠液膜的蒸发通量为0.35 g/（m~2·s）。环境扫描电镜的微观观测结果进一步揭示了分级纳米线表面上“纳米线空心团簇顶部蒸发-V形微槽补液”的毛细蒸发微观机制。毛细蒸发主要发生在纳米线空心团簇的顶部,V形微槽提供补液通道,毛细压力驱动的补液流动与薄液膜蒸发耦合协同作用维持分级纳米线表面上的高效毛细蒸发过程。