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液滴撞击壁面的过程蕴含着丰富的物理机理,涉及到流体动力学、传热传质学以及界面科学等多种学科的交叉,因此其影响因素众多,而壁面几何结构对液滴撞击动力学行为及传热特性的影响尤为重要。目前液滴撞击壁面的研究主要集中在单液滴和多液滴撞击平面的情形,但由于工程环境的复杂性,液滴撞击圆柱面的情形也十分普遍,例如对横管的喷淋降膜、对核燃料棒的喷雾冷却、对圆柱形钢材的淬火、对柱形玻璃模具的冷却降温等,都涉及到液滴撞击圆柱面的情形。由于圆柱面几何结构引起的各向异性,导致液滴撞击之后的动力学行为在周向和轴向存在显著差异,进而影响到传热特性,但这方面的研究还鲜有报道。因此本文采用理论分析、数值模拟和实验研究的方法,对液滴撞击圆柱面的动力学行为及传热特性开展系统、深入的研究。本文从单液滴撞击圆柱面的动力学行为入手,对单液滴撞击时初始瞬态过程（毫秒量级）的接触时间以及液膜最大铺展长度进行研究。一方面,为探究液滴撞击圆柱面后接触时间减少的物理机制,通过受力分析将水弹簧理论拓展到液滴撞击圆柱面的情形,结合表面自由能和胡克定律,重新定义了水弹簧理论中的劲度系数,使该理论在分析接触时间方面更具普适性;同时,完善了预测接触时间的经验关联式;受圆柱面各向结构异性对接触时间影响的启发,设计了润湿性可控表面,实现了对液滴撞击过程接触时间的调控。另一方面,通过数值模拟探究了圆柱面各向结构异性对液膜在周向和轴向最大铺展长度的影响;基于数值模拟和能量守恒原理建立了液膜在周向和轴向最大铺展长度的预测关联式以及两者之间的理论关系。结果表明,壁面润湿特性、液滴撞击速度对液膜最大铺展长度有较大影响,而圆柱面直径对其影响较小;关系式的预测误差在可接受范围内。在动力学行为研究的基础上,进一步对连续液滴撞击时初始瞬态过程（毫秒量级）的传热特性进行研究。通过数值模拟,对比了单液滴和连续液滴撞击热圆柱面时液膜流动及传热特性,揭示了圆柱面各向结构异性对液膜内局部流场的影响,发现在液膜收缩阶段,液膜内部中心位置处贴近壁面的高温液体先向上流动,然后沿着气液界面向三相线流动,进而阐明了气液界面中心位置十字形高温区域的形成机理。对于连续液滴撞击的情形,通过对液膜平均温度和液膜厚度的量化分析,探明了固液接触面积持续增大,但总热流和对流传热系数明显减少的原因。为弥补数值模拟中连续液滴数目较少、模拟时间较短、模拟过程有限的不足,本文还通过搭建实验平台探究了连续液滴撞击热圆柱面时,从撞击时刻到液膜滴落整个过程的稳态单相传热。利用测量得到的局部壁温作为边界条件,通过求解导热微分方程获得局部热流密度和局部对流传热系数。根据局部壁温的演变规律,将周向划分为撞击区域、热扩散区域以及尾部脱离区域,从撞击区域过渡到热扩散区域时,传热性能逐渐降低,但对于尾部脱离区域,传热性能却略有增大,并从气液界面的波动以及流场内的扰动解释了不同区域传热特性之间差异的原因。当连续液滴撞击频率足够大时,进一步增大撞击频率传热性能的提升不再明显。增大液滴撞击速度主要提高了热圆柱面上半周的传热性能;当液滴撞击速度超过某一临界值时,将发生飞溅行为。液滴飞溅的临界速度与连续液滴撞击频率、液滴直径均呈现出负相关性。当输入热流密度增大时,所有区域上的传热性能随之增强。最终,针对各个区域建立了相应的传热关联式。为进一步探究连续液滴撞击热圆柱面稳态沸腾传热机理,搭建了能产生高热流密度的稳态沸腾传热实验平台,并设计了可编程温度采集系统,实现了对温度信号的快速采集。研究结果表明,连续液滴撞击频率对单相传热阶段、核态沸腾初期有较大影响,对核态沸腾后期影响较小,其中的热物理机制可从液体的显热和汽化潜热两方面进行分析。而连续液滴撞击速度对单相传热阶段以及核态沸腾初期和后期都有较大影响,并发现在核态沸腾后期,液滴撞击速度的变化主要影响了液体的汽化潜热,对液体的显热影响较小。根据局部壁温的演变以及液膜的沸腾行为,探明了圆柱面各向结构异性对临界热流密度的触发机制。最后,为探究连续液滴撞击不同初始壁温热圆柱面的瞬态传热机理,从单液滴撞击热圆柱面的实验开始,逐步深入到连续液滴撞击的情形。首先,在单液滴撞击热圆柱面的实验中,利用壁温和韦伯数绘制了从蒸发到沸腾不同传热状态的分布图谱,发现了Leidenfrost点随液滴撞击速度的增大而减小的现象,这与液滴撞击热平面时的结论恰好相反,本文通过对比固液之间的蒸汽压和液滴撞击时的动压分析了Leidenfrost状态的形成机制,并结合表面几何结构的影响揭示了该现象背后的传热机理。在此基础上,利用连续液滴撞击不同初始壁温的圆柱面,通过对比壁面平均温降速率,发现了连续液滴撞击频率对核态沸腾阶段的影响最为明显。当初始壁温足够高时,随着连续液滴撞击,传热状态将从膜态沸腾转变为核态沸腾,而增大液滴撞击速度推迟了传热状态的转变。本研究一方面丰富和发展液滴撞击固体壁面的动力学和传热理论,另一方面为不同领域中液滴撞击圆柱面过程的热物理设计和应用提供科学理论依据。