随着科技和微电子机械加工技术的快速发展,微电子设备越来越趋于微型化和紧凑化,使其热流密度过大,解决其散热问题成为传热领域的研究热点之一。沸腾换热由于具备传热温差小和换热系数高等优点被广泛应用于微电子器件的热管理问题。沸腾相变由于汽泡行为的随机性和影响因素的多样性,使得沸腾相变的研究仍极具挑战性。沸腾相变的精细调控需要从微纳尺度去控制汽泡核化及动力学行为,而设备的微小化也使得沸腾相变行为发生在微纳尺度上。因此,从微纳尺度研究沸腾核化和汽泡行为具有重要意义。本文通过分子动力学的模拟方法研究了壁面润湿性和液膜厚度对纳米尺度薄液膜沸腾的影响,主要内容包括三部分:(1)研究壁面润湿性对沸腾核化起始点的影响,发现纳米尺度薄液膜的沸腾行为和宏观沸腾不同,只有蒸发和爆沸两种形式。当液膜厚度达到一定厚度时,疏水表面液膜爆沸所需过热度小,而亲水表面液膜爆沸所需过热度大,与经典核化理论相符。当亲疏水表面均发生爆沸时,亲水表面更早出现沸腾,这与微观传热模式相关。在纳米尺度,分子碰撞导热占主导,亲水表面固液相互作用势能大,更易于传热,使得爆沸更快发生。(2)除壁面润湿性外,模拟发现液膜厚度也影响液膜的沸腾行为。液膜较薄时,亲疏水表面均只发生表面蒸发,液膜厚度增大到某一值时,亲水表面易发生爆沸而疏水表面仍为蒸发,液膜厚度进一步增大,亲疏水表面液膜均发生爆沸。液膜厚度影响的主要原因在于,液膜越厚,液膜内部积聚能量越大,沿厚度方向温度梯度越大,越易发生爆沸。亲水表面比疏水表面更利于能量积聚和形成温度梯度。(3)通过研究发现了壁面润湿性对液膜爆沸过热度及爆沸快慢的影响规律,本文提出了采用亲疏水组合壁面来精细调控爆沸行为的方法。研究发现亲水壁面所占比例越大,整个液膜平均温度和液体内部积聚能量越大,液膜越易发生爆沸。液膜厚度达到某一值时,亲疏水壁面交界处会观察到明显的“液膜撕裂现象”。综上,本文通过模拟发现了纳米尺度液膜爆沸行为异于宏观沸腾的新现象,只有蒸发和爆沸两种现象。亲疏水性在沸腾起始点和沸腾快慢上发挥着不同的作用。在一定液膜厚度范围内,经典核化理论适用于纳米尺度液膜沸腾起始点问题,液膜厚度低于某一值将不再适用。液体内部能量积聚是发生爆炸的主要原因。亲疏水组合壁面更为精细调控沸腾行为提供了方法。因此,揭示纳米尺度下液膜沸腾核化的新机理,对于微电子产业的的发展具有重要的指导意义。