蒸汽冷凝作为一种典型的相变过程,对大功率系统的热量管理和集水脱盐技术的改进等具有重要意义。冷凝成核作为整个冷凝过程的开端,决定了冷凝过程的初始状态,深入了解研究该过程的微观机制,揭示固体壁面性能对成核过程的影响机理,成为一个值得重点关注的研究课题。而对于成核过程,团簇和初始液滴空间尺度通常在纳米量级,时间尺度通常在飞秒量级,这给成核现象的实验观察研究带来了极大困难,而数值模拟可以有效解决这一困境。本文借助分子动力学(Molecular Dynamics,简写为MD)模拟,揭示了表面能和表面微观结构对团簇生长、成核位点分布和初始液滴的润湿状态等的影响,并且探究了通过改变微观结构的形态与参数来调控液滴润湿状态和液滴动力学行为的作用机制。本文首先基于不同固液作用强度和五种各向异性的微观结构,进行了 MD模拟,研究表明,表面能在所有表面上的水滴的各向异性润湿行为中起着至关重要的作用。液滴的各向异性润湿行为取决于原子势能壁垒和固体基底的顶部面积。由于存在明显的原子势能壁垒和较大的顶部面积来支撑水滴,方形表面上的液滴具有最明显的各向异性润湿行为。原子势能的分布决定了水分子趋于成核的位置,水分子倾向于在具有较低原子势能的区域上成核。然后,通过合理设计微纳结构或表面化学性质,利用液滴的自发凝结和团聚来驱动转变,来实现在无外力作用下的液滴自发去湿(dewetting)。研究了圆柱状阵列的体积占比和高度对液滴动力学行为的影响,并将所得结果与方形柱状阵列进行对比。模拟并定量记录了纳米液滴的形成,生长和聚结,对观察到的液核润湿和反润湿转变进行了分析。研究结果表明,较大的结构体积占比及较小的结构高度有利于反润湿转变的出现。最后,通过模拟分析揭示表面能梯度和拉普拉斯(Laplace)力共同作用驱动液滴动态迁移的内在物理机制。首先引入Laplace压力梯度来进一步加强结构的反润湿性能,研究锥形结构倾斜角度对蒸汽冷凝及液滴动力学行为的影响,结果表明10°倾斜角的锥形结构具有最优的反润湿性能。在此基础上,同时引入表面能梯度,研究了锥形结构上的亲疏水区域占比的影响,结构表明1/3亲疏水区域的占比最有利于液滴卡西状态的形成。