超疏水表面在冷凝传热领域的应用是近年来的热点课题。滴加在超疏水表面上的液滴可以呈现出接触角大于]50°且滚动角很小的Cassie状态,而冷凝过程中超疏水表面上的冷凝液滴却会表现出不同的润湿状态和运动行为。有研究表明冷凝液滴同样可以表现为容易移动的Cassie态液滴,但却有更多研究指出冷凝液滴的接触角会大大减小并表现为不易移动的Wenzel态液滴,使表面失去超疏水性。超疏水表面上冷凝液滴表现出不同润湿状态、运动行为的机理以及其对传热过程的影响尚不明确。本文从液滴界面能量计算入手,分析计算不同表面结构参数下冷凝液滴变形、运动过程中的能量变化,建立适用于超疏水结构表面滴状冷凝的传热模型,分别对超疏水表面上冷凝液滴润湿状态、运动行为以及其对滴状冷凝传热的影响进行了理论研究。首先以液滴系统界面能最小为判据验证推导了超疏水表面上液滴的平衡接触角方程,并进一步考虑Wenzel液滴位于表面结构内、外两部分体积,计算结构表面上Wenzel液滴的平衡接触角,将计算结果与经典Wenzel方程预测结果进行比较,分析推导了Wenzel方程适用的临界体积与表面结构参数间的关系式。接着从超疏水表面上初始冷凝液核长大、合并、形成初始液斑开始,分析计算了不同结构参数超疏水表面上冷凝液斑转变成为Wenzel或Cassie液滴过程中所受作用力的变化,以作用力的合力是否为零为判据,确定冷凝液滴的最终润湿状态。计算结果表明在只有微米尺度的结构表面上,冷凝液滴受力曲线一般都会在基底半径收缩为零之前降低至零,液滴呈现Wenzel状态。而当表面具有微纳米二级结构且纳米结构的空气面积分率较高时,液滴在收缩底半径过程中受到的合力会始终大于零,最终呈现Cassie状态。进而又计算了纳米结构表面上冷凝液滴按不同途径长大过程的能量增加速率,以能量增加速率最小为判据,分析讨论了纳米结构表面上冷凝液滴生长途径以及润湿模式的机理。计算结果表明,冷凝液滴在初期以增加接触角的模式生长时所对应的能量增加速率最低,这一阶段液滴会以增加接触角、固定底面积的模式生长。当液滴达到一定尺度,接触角达到前进角时,增加接触角模式的能量增加速率开始高于增加底面积的生长模式。于是液滴三相线开始移动,增加底面积。此时液滴增加底面积的模式又分为完全润湿和部分润湿两种途径,对应的会形成Wenzel液滴和部分润湿(Partially wetted, PW)液滴。具体按哪种模式生长与结构参数密切相关,计算结果表明,仅当纳米柱具有一定高度且间距较小时,冷凝液滴才会形成部分润湿状态。之后结合不同结构表面上冷凝液滴润湿状态对表面上冷凝液滴合并后是否发生弹跳进行了理论计算。根据液滴合并前后体积和界面自由能守恒确定合并液滴的初始形状,进而对合并液滴变形过程的动力学方程进行了差分求解,如果合并后液滴能够变形至底半径为零且具有向上移动的初速度则表明液滴能够弹跳。计算结果表明,光滑表面上冷凝液滴以及结构表面上Wenzel液滴合并后均不能发生弹跳,只有具有适宜结构参数的微纳二级结构表面上的冷凝液滴或者纳米结构表面上的部分润湿液滴合并后才会发生弹跳。另外,由于能量耗散以及重力的影响,过小或过大液滴合并后同样不会发生弹跳。最后,本文在考虑不同结构参数表面上冷凝液滴润湿状态、能否发生弹跳以及液滴尺度与结构尺度相对关系的基础上,推导计算了单个液滴传热速率和液滴尺度分布关系,建立适用于纳米结构超疏水表面的滴状冷凝传热模型,分析了不同结构参数对冷凝热通量的影响。结果表明,结构表面冷凝热通量随肋高以及肋柱直径的增加而增加,在过冷度较大时,冷凝传热主要由尺度小于结构尺度的小液滴完成；结构表面上冷凝液滴以部分润湿状态存在且合并后会发生弹跳时,表面具有较高的冷凝传热性能；当表面上冷凝液滴依靠重力脱落时,其热通量偏低；Wenzel态冷凝液滴的表面热通量低于光滑疏水表面上的冷凝传热；当过冷度超过一定值、表面上出现液泛时,结构表面的热通量均低于光滑疏水表面。