当下全球能源需求版图深刻变革,航空航天、新能源、通信等科技领域飞速发展,大数据中心、工业互联网等智能化数字化体系不断完善,热量管理扮演着越来越重要的角色。高性能的热量管理要求传热的功率密度和效率同时达到较高水平,沸腾可以通过液体相变的汽化潜热带走大量的热,普遍认为是实现这一目标的有效途径。传统的池沸腾发生在较深的池水内部,气泡的生长与脱离频率相对较慢,使得传热效率不够高,无法满足高性能散热的发展需求。本论文针对低温差、高功率密度的换热需求,应用狭缝薄膜沸腾的概念,开展微小狭缝内的超薄液膜沸腾换热的研究,对解决散热冷却技术的局限、突破高性能电子器件散热的瓶颈,具有十分重要的理论意义和实用价值。论文阐述了沸腾换热过程的理论基础,从热力学角度分析了薄膜沸腾传热的发生过程和传热阻力的影响因素,提出了限制液膜厚度的微小狭缝薄膜沸腾的强化换热方法,建立了狭缝薄膜沸腾传热传质过程的物理和数学模型,探讨了狭缝薄膜沸腾的传热阻力和狭缝内的气泡生长规律,估计了取决于狭缝顶部薄膜气体透过率和狭缝宽度大小的气体流阻,分析了狭缝尺度对薄膜沸腾的作用机理。制备了亲水性处理的纳米多孔氧化铝供液薄膜,与疏水透气的微米选择性透过薄膜装配在一起构成狭缝,搭建了实验系统和实验装置。设计了狭缝薄膜沸腾的实验方案,分别开展了饱和、过冷两组狭缝薄膜沸腾的实验研究,利用纳米多孔薄膜改善供液特性,实现了维持液膜厚度在190μm至2 mm微小范围内的持续沸腾。定义了代表传热阻力的有效过热温度以及表示系统从热壁面到外部环境总阻力的表面过热温度,有效分离了传热阻力和流体阻力。实验结果表明:在给定的选择性透气薄膜下,当狭缝宽度在1～2毫米时,气体阻力可以忽略,此时发生饱和薄膜沸腾,得出了狭缝宽度的减小可以有效减小传热热阻的结论;当狭缝宽度继续减小到小于1毫米时,气体阻力使得狭缝内压强升高,导致对应的实际饱和温度高于初始的环境温度,狭缝内发生了过冷薄膜沸腾,此时的表面过热温度为有效过热温度与过冷温度的和。在亚毫米尺度,传热阻力随狭缝宽度的减小继续减小,获得了在低过热温度下的高传热效率、高热流密度的换热结果,其中在190μm狭缝宽度处,有效过热温度可低至3.5±0.3 K,传热系数可达38.4±1.0 W cm-2K-1。实验进一步证实了亲水表面对沸腾曲线的延长作用,着重分析了曲线上的沸腾-蒸发转换点,估计了本文实验模型的蒸发调节系数,预测了狭缝薄膜沸腾在不同工况和狭缝宽度下临界热流密度点的传热系数。根据狭缝薄膜沸腾的原理,研究了微型狭缝薄膜蒸发器实现的关键技术,将狭缝薄膜沸腾与微通道热传导相结合,基于实验中采用的结构参数和边界条件,建立了蒸发器的仿真模型。分析了稳态运行下蒸发器的传热传质过程,分别研究了传导和对流两部分热阻,探究了狭缝宽度、多孔供液薄膜流阻、微通道的结构参数对蒸发器传热效率的影响,进一步优化了结构参数,探索了狭缝薄膜沸腾在超薄蒸发器应用上的可行性。