太阳能产汽技术作为太阳能热利用的新兴研究方向,在近十年来得到快速发展,其在海水淡化、废水处理、蒸馏灭菌及蒸汽发电等领域具有广阔应用前景。而采用纳米流体作为吸热工质体吸收太阳能是目前提升光-热-蒸汽转换性能的有效途径之一。工质中纳米颗粒能够与太阳光作用触发等离激元效应,从而提高其对入射光能量的吸收,同时由于纳米颗粒的大比表面积和尺寸效应,可显著提升工质换热能力。然而,其在光热转换过程中与水体进行热交换则会导致工质整体升温,所造成的热学损耗不利于界面相变蒸发。基于上述问题,本文首先从光学、热学、流动传质等角度,开展光吸收纳米颗粒耦合光散射气泡群的太阳能光热产汽实验研究,阐明二者协同作用增效机理。进一步地,为提高热量局域限定,在液滴界面组装纳米颗粒以形成三维有序的光热纳米结构,开展边界层光热产汽实验,阐明气液界面上光热边界层蒸发机理。最后,通过数值模拟计算方法,揭示微观尺度上光学吸收与热学限定的作用规律,旨在为光热蒸发相变调控提供科学依据与理论指导。针对纳米流体体吸收太阳能产汽模式所造成系统整体升温问题,提出光散射气泡耦合光吸收纳米颗粒思路,来强化产汽过程中对光能的吸收与转换。在太阳能纳米流体蒸发体系中引入气泡群,分别从光学、多相流动、传热传质等方面研究纳米流体中光吸收颗粒与光散射气泡相互作用对太阳能产汽的影响规律。引入的动态气泡作为光能散射与传递中心,可延长入射光路径并倍增光通量;并提供极大的气液界面来完成气泡吸湿传质过程;气泡破水而出的炸裂扰动可进一步加速蒸汽扩散。从而实现高效太阳能光热蒸汽生成,促使综合蒸汽生成速率为纯水蒸发速率的三倍以上。针对等离激元纳米颗粒对太阳光窄带吸收的固有缺陷,提出混合不同材料纳米颗粒来强化对太阳能吸收的思路,使其具备选择性宽光谱吸收特征,以强化光热产汽效率。首先采用有限元法计算研究等离激元纳米颗粒光学特性,揭示光学吸收及散射性质的调控规律。建立混合不同材料颗粒的调控方法,选取具有不同吸收峰位的纳米颗粒可有效拓宽对入射光吸收。基于模拟计算结果,从光学性质上对其做出强化调控,在实验上分别选取对紫外、可见及近红外波段有良好吸收性质的纳米流体进行混合并开展宽光谱吸收的太阳能产汽实验研究。在混合纳米流体蒸发系统中引入气泡群,通过颗粒与气泡间的耦合作用来进一步提升系统的光热产汽性能,宽光谱吸收的泡状流纳米流体蒸汽生成速率为纯水蒸发速率的3.61倍。针对纳米颗粒光-热响应过程中热量局域限定的调控,提出光热边界层蒸发机理。采用共沉淀法制备疏水性Fe3O4纳米颗粒,并将其组装在液滴表面,开展在太阳能驱动下的光热蒸发性能实验研究。实验结果表明,组装后的液滴界面温度要高于其内部温度,可在气液界面上实现较好的热量局域限定作用。颗粒在界面上形成三维的光热纳米结构,可快速驱动周边液体相变蒸发,对液滴蒸发的强化倍率可达1.88倍。通过有限元法计算纳米颗粒在气液界面处的光-热响应过程研究,揭示其局部温升产生的机理与调控规律。结果表明,纳米颗粒在界面上有序排布,有效缩减颗粒间距,触发粒子间的耦合等离子体共振模式,最终通过欧姆损耗转换为热能,将产生的热量原位限定在气液界面处,在纳米尺度上形成热边界层,高度抑制对下方水体的传热损失。针对颗粒在液滴界面上组装的光-热响应过程调控研究,选取不同材料和不同结构的纳米颗粒,在液滴界面上组装形成具有明显粗糙度差异的纳米结构,探究粗糙度对热量限定及蒸发性能的影响。研究结果表明,粗糙度对蒸发性能的提升要优于材料吸收率,粗糙度越大的纳米结构蒸发性能越好。Fe3O4纳米颗粒在液滴界面处粗糙度最大,所包覆的液滴蒸发速率可达6.55 μg/s。通过有限元法计算不同粗糙度排布的纳米颗粒的热学特性,在纳米尺度揭示不同粗糙度颗粒排布与局部温升间的关联。粗糙度较高的纳米结构对电磁场的增强作用更明显,同时由于颗粒间耦合作用的集热效应,高粗糙度纳米结构在界面处的温升效果更为显著。模拟结果表明,可通过提高吸热体表面粗糙度来提升其光热转换效率。本文所提出的等离激元纳米颗粒与气泡协同作用光热增效的创新思路和光热边界层蒸发机理具有鲜明的开创性特征,拓展了太阳能蒸发学科的前沿,可为光热蒸发性能调控提供参考与理论指导。在光学吸收和热学限定方面做出的调控,可为其工业化应用打下坚实基础,有望促进太阳能光热蒸发理论与技术的发展。