两相流动传热不仅包含了液膜的单相流动传热过程和汽-液两相相变潜热的传递过程,还有其他的复杂物理过程,比如汽泡生成、合并等。宏观尺度的强化必然带来传热表面积的增加、单相流动和热边界层的混合,而微观尺度的强化则直接指向相变传热的机理——汽泡生成、长大和脱离的规律或者凝结液膜的排液效应、传热表面的润湿特性等。本文的研究目的是,在水平通道的两相流动传热过程中结合宏观尺度和微观尺度的强化传热方式,突破单一强化特征的强化传热瓶颈。本文的主要研究内容是,通过搭建高精度的两相流流动传热实验台,以光管、2EHT-1和2EHT-2三维双侧复合强化管为研究对象,观察和研究水平通道内R410A制冷剂的流动沸腾和对流冷凝传热过程的基本物理现象和传热系数随质量流速、干度、重力和剪切力之间相对大小、壁面温度和热流密度等主要参数的变化关系;分析饱和相变流动传热过程中干度、质量流速以及表面特性对局部流型转变的影响。笔者首先对两相流的强化传热技术和各热设计领域所面临的问题进行了比较全面的综述。从研究和应用现状的分析中发现,只有不断提高强化传热的技术手段才能适应高热流、高负荷的传热需求;饱和相变传热因传热系数高、均温特性好被广泛的应用在各个领域,但是依然有许多急需解决的问题存在于饱和相变传热研究之中。为此,笔者搭建了高精度的水平管内蒸发、冷凝流动传热实验台,采用拥有自主知识产权的数据采集软件实时地观测不同的实验工况,系统性地研究光管、2EHT-1和2EHT-2三维双侧复合强化管管内蒸发、冷凝的流动传热特性。对流冷凝和流动沸腾实验均采用R410A制冷剂为相变工质,进出口的干度变化范围均为0.2~0.9。对流冷凝实验的热流密度范围为10.55~36.66 kW/m~2,质量流速范围为80~260 kg/(m~2 s),饱和温度设定为40℃;流动沸腾实验的热流密度范围为17.88~43 kW/m~2,质量流速范围为80~260 kg/(m~2 s),饱和温度设定为10℃。实验测量的传热系数结果和摩擦压降结果均和现有的关联式进行了详细的对比。综合能效评价的结果显示:1)小流量冷凝工况时,综合能效因数PF随着质量流速的增加而增加;当G~150时,PF因子趋于稳定值1.16;2EHT-2强化管的PF因子略高于2EHT-1强化管。2)流动沸腾的综合能效因子PF均随着质量流速的增加基本线性增加;并且2EHT-2强化管的综合能效因子要高于2EHT-1强化管,最高能达到1.44。在得到平均传热特性的规律后,开展了测试管壁温的直接测量实验。全面地研究了干度分布、质量流速、热流密度和传热壁面温度对局部冷凝和蒸发传热系数的影响。实验测量结果与12个传热和压降关联式的预测值进行了对比分析。对比结果表明现有的关联式模型的局部传热系数的预测结果仅与光管吻合度高。因此,针对2EHT-1和2EHT-2三维双侧复合强化管的局部传热特性拟合出了预测精度更高的传热关联式。实验测量的结果表明,三维双侧复合强化表面对R410A制冷剂流动沸腾和对流冷凝具有较好的强化作用,具体体现在:1)对流冷凝工况时,壁温随着干度的降低而降低,2EHT-2强化管在高干度区域的壁温相对于光管最大下降了4.6℃;2)在高质量流和高干度区域,2EHT-2强化管对冷凝传热的效果是光管的1.58倍;3)流动沸腾工况时,在高干度和热流密度区域,强化管的壁面过热度平均比光管低2℃。此外,在常规大通道中引入微纳结构的表面强化特征对管道内冷凝压降影响不大,而流动沸腾的摩擦压降对这种表面强化比较敏感。热流密度对流动沸腾传热系数的影响分为两种:在临界热流密度之下,传热系数随着热流密度的上升而上升;超过临界热流密度值后,传热系数随着热流密度的上升而急剧下降。实验测量数据进一步表明,2EHT-1和2EHT-2三维双侧复合强化管中引入的微细结构的花纹状强化特征能够一定程度的提高流动沸腾的临界热流密度值。基于局部传热实验结果,本文得出强化两相流强化传热的方式有:1)由于水平管内蒸汽凝结加快导致液膜厚度升高,反过来增加了凝结换热热阻,因此强化冷凝传热的重要手段是提高壁面疏水特性以及凝结液膜的排液效应;2)提高强化流动沸腾传热系数的方法主要分为两类:一类是利用粗糙表面处理技术提高表面的亲水特性,使得同一液膜厚度润湿的传热比表面积增大(如具有毛细通道的金属涂层表面);其二是高质量流速下提高表面有效汽化核心密度。