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在所有的换热方式中,沸腾换热的换热效率与传统的风冷、水冷等有着数量级的变化。在相同过热度下,可以从降低沸腾起始温度、增加热流量密度、减小散热面积等方面达到强化散热的作用。因此,从节约能源和保护换热设备的目的出发,对不同表面进行换热性能的研究有着重要的研究意义。首先,本文研究原型为四大散热管之一T形散热管,利用电火花线切割技术在紫铜表面制备了不同参数的T形沟槽表面(单尺度表面)。另外,受到蝴蝶翅膀等生物表面多尺度微结构的启发,再次利用激光打标技术在上述单尺度表面上继续构建微织构,成功制备了多尺度的T形沟槽微结构表面。同时,还制备了激光扫描表面和光滑表面,旨在研究微结构尺寸和微结构形状对换热性能的影响,并进一步探讨可能存在的换热机理。其次,借助扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、接触角测量仪等设备来进一步表征所制备表面的特性。通过对表面性能进行测试的基础上,发现所制备表面的形貌、润湿性、粘附性、化学成分成等性能都发生改变。同时,利用典型的Wenzel和Cassie模型来解释了表面的润湿状态的原因。另外,在发现表面存在高粘性的前提下,不断增大表面液滴体积,通过表面所能悬挂的最大液滴体积来量化表面粘滞力的大小。然后,搭建一套壁面温度测量、气泡可视化和稳压稳流加热试验台,并在此基础上,实现了去离子水在不同换热表面沸腾传热的试验观测。该试验台包括温度控制系统、可视化系统、数据采集系统。其中,温度控制系统由紫铜加热棒、稳压直流电源、铜-康铜电加热棒以及密封胶、岩棉、聚四氟乙烯板,导热硅脂、铝板等组成。可视化图像采集系统主要由高速摄影机、CCD工业相机、防雾玻璃、图像处理软件、辅助电源、沸腾池装置等组成。数据采集系统由温度采集仪、K型热电偶、计算机等组成。从过热度、热流密度和换热系数等方面绘制单尺度T形表面的沸腾曲线,发现槽宽对换热效果的影响大于槽深。在相同槽深下,槽宽对换热系数的影响大小依次为0.9mm>1.2mm>0.6mm>0.3mm,分析原因是槽间距过小会阻碍液体对沟槽底部的连续补充。虽然较大的槽间距可以有效的改善上述限制,但是,当槽深和槽间距都过大时,也使气泡的合并过程受到更大的冲击,导致液体不能及时浸入到成核点,进而增大了气泡脱离频率。即间距过大或过小都会增大气泡的脱离频率,从而降低传热效率。在0.3mm<槽宽<0.9mm时,相同槽宽下,槽深较大的表面的换热效果相对较好,原因在合理的槽宽下,槽深越大,越容易达到气化核心生成所需要的温度。当表面的气泡一旦生成并顺利脱离表面,说明核态沸腾顺利的开启,所以槽深较大的表面在较低过热度时就可以顺利启动核态沸腾,进行高效换热。当槽宽为1.2mm时,槽深1.5mm表面的换热效果不如槽深0.6mm表面,分析原因是此时液体是否能够及时的对沟槽底部进行补充占据了主导地位,而换热面积的的提升占据次要地位。显然,槽深0.6mm的表面比槽深1.5mm的表面容易得到润湿,降低液体流入和气泡生成所等待的时间,提高了换热效率。另外,引入气化核心面积提升比λ1和换热面积提升比λ2两个参数,发现随着λ1的增加,换热效果出现先增大后减小的趋势,即并非可以产生气泡的面积越大,对应的换热效果就越好。当气化核心面积提升比在20%-30%时,换热效果最好。换热系数与λ2的关系不大,但当槽宽一定时,换热系数总体上与λ2成正比关系,原因是受到槽宽的限制,气泡在逸出的过程中,不能完全地与所有的固-液接触面相接触,此时计算的换热面积并不是全部的有效面积。另外,绘制单(多)尺度换热表面、光滑表面和激光扫描表面四种表面的换热曲线表明,曲线结果表示多尺度T形表面的换热效果比单尺度要好,其平均换热系数是单尺度表面的1.31倍,是光滑表面的2.38倍。激光扫描表面的换热效果最差,低于光滑表面约16%。针对上述试验结果,对多尺度表面和单尺度表面进行气泡脱离频率计算,发现前者的脱离频率较后者要高。这是因为经过两次加工后的多尺度表面存在更多的亚微米甚至纳米级的凹坑,这些结构可以为气泡成核提供更多的有利地点,进一步增加气泡成核点。同时,激光加工过的凹坑结构在数量级上的优势可以诱导液体流入成核点,从而缩短了气泡从形成到离开表面的周期。另外,对气泡在表面的状态进行观察发现:在达到饱和沸腾后,光滑表面上会连续的逸出独立的气泡,而在激光扫描表面上,相邻气泡会逐渐结合形成气膜并覆盖在表面上,上述亲气现象也正是激光表面换热系数明显低于光滑表面的原因。最后,运用现有的理论公式,分析气泡的逸出和液体的流入对微结构尺寸有不同的需求,所以,在增大气化核心面积的基础上,同时兼顾毛细力对液体的吸入作用,是提高换热效率的关键。最后,从润湿理论解释了激光扫描表面存在的疏水性是促进气泡合并的主要原因。