沸腾换热作为一种高效相变换热形式被广泛应用于制冷空调、海水淡化、电子元件冷却、核能发电等领域。为了获得更高效的换热能力,学者们对沸腾换热强化方法进行研究探索,在池沸腾换热系统中,常用手段有改良换热表面（化学改性、激光烧蚀、线切割等）和使用添加剂（纳米流体、表面活性剂等）,旨在促使沸腾起始点（Onset of nucleate boiling,ONB）提前,提升气泡核化能力以及改善表面润湿特性等。本文采用了便于加工的沟槽表面结构,同时应用廉价的表面活性剂十二烷基硫酸钠（Sodium dodecyl sulfate,SDS）作为添加剂,探究耦合作用下的沸腾换热特性及其气泡行为。基于搭建的沸腾可视化实验系统,对中、低热流密度工况（q＜43W/cm~2）下的气泡核化、生长与脱离特性进行观测,并进行了定量分析。结果发现去离子水和表面活性剂溶液中气泡等效直径的增长都满足热扩散生长模型（Diffusion controlled growth model）,即Deq∝t0.5。此外,表面活性剂的添加显著地改善了气泡在换热表面的核化能力,并使得气泡生长时间短,脱离直径小。且沟槽表面也比光滑表面更易成核,即沟槽表面能够在更低的热流密度下开始形成核化气泡。沟槽表面和表面活性剂的耦合效应会进一步促进沸腾中的气泡形核。在换热方面,SDS溶液与去离子水（Deionized water,DI water）相比,在中、低热流密度下也表现出良好的换热性能。当耦合沟槽表面后,换热得到进一步强化,其换热系数（Heat transfer coefficient,HTC）最大可提升238%。与此同时,研究也发现在表面活性剂溶液中,壁面过热度更易稳定在某一区间,即换热表面在变化的热流条件下能够维持较为稳定的壁面温度。在SDS溶液的沸腾过程中主要有三种气泡形式,即小气泡（Small bubbles）、离散气泡（Discrete bubbles）和大气泡（Large bubbles）,并且研究发现离散气泡是由液体对流夹带上层泡沫进入溶液内部而形成。在相对较高的热流密度下,表面活性剂溶液沸腾存在气泡拥挤现象（Bubble crowding）,气泡簇会出现扩张收缩现象并伴随着近壁面温度的显著波动。气泡拥挤会导致SDS溶液过早干涸,并降低临界热流密度（Critical heat flux,CHF）。其原因在于表面活性剂的存在改变界面张力特性,导致了更好的成核能力和显著的泡间斥力,而这两者也是SDS溶液在中低热流密度下具有更强换热性能的原因。最后,构建了基于Freundlich吸附等温线的表面活性剂沸腾模型,其中考虑了分子输运、吸附速率、吸附量等因素,并和已有实验结果进行对比验证。结果发现,表面活性剂分子的吸附及扩散效应起到决定因素,并且由于表面活性剂分子吸附扩散机制可能发生了改变,表面活性剂溶液浓度的不同,会导致沸腾曲线的显著差异。