在工业过程中,薄膜流体经常被作为一种高效传热/传质的手段,使用于蒸馏塔、吸收塔和换热器等设备中。基板上的拓扑结构,对薄膜流体的流动特性具有非常重要的影响,从而改变其传热／传质的效率。本文利用计算流体力学数值仿真和流场显示化实验,对拓扑结构上薄膜流体的流动特性进行了研究。研究中使用了开源软件OpenFOAM对拓扑结构上的薄膜流体进行数值仿真。为了对OpenFOAM中多的相流模型进行精度验证,将仿真计算结果与努赛尔解析解Nusselt solution)、基于PIV (Particle Image Velocimetry)和 LIF (Light Induced Fluorescenc e)的实验数据以及文献中的研究结果进行比较,验证了计算模型的准确性。在此基础上,利用该数值模型对薄膜流体进行了一系列的仿真研究,主要研究成果如下：一、对三角形波纹上厚度较大的薄膜流体进行数值仿真和实验研究后发现,流场内的漩涡有两种不同的形成原理：第一种是由结构引起的,一般出现在较为陡峭的波谷间,并且受薄膜流体流量的影响很小；第二种则是由流体的惯性力引起的,跟薄膜流体的流量有直接的关联。对重力驱动、厚度较小的薄膜流体进行研究后,发现了类似的现象。二、研究中发现,三角形结构波纹会引起重力驱动的薄膜流体的共振现象。这个现象与其他文献中发现的正弦形波纹上的共振现象类似,即：薄膜流体在一定的波纹结构上,随着流量的变化存在一个临界点；在这个共振点上,薄膜流体内部的漩涡尺寸、自由表面上波浪的幅度及相位,均会发生突变。三、研究了波纹斜边的不同陡度,即：在保持波纹周长不变的情况下改变其幅度,对薄膜流体的影响。结果显示,三角形波纹斜边的陡度不会影响薄膜流体共振点的移动,但是陡度较大的波纹能引起较大的自由表面波浪和法向速度强度。较大的波浪能增加自由表面的面积,而法向速度强度则能增加薄膜流体表面与底部的对流,因此这两个参数的增大均有利于增强传热/传质效果。四、液体表面张力与薄膜流体共振现象有着紧密的联系：表面张力对薄膜流体自由表面上的波浪形成具有阻碍作用,表面张力较小的薄膜流体在流量较小的时候就发生了共振现象,而加大液体表面张力能使薄膜流体的共振点推后到流量较大时才发生；表面张力对薄膜流体中法向速度强度的影响巨大,较大的表面张力能使法向速度强度的增长出现非线性,并且在共振点上出现一个局部最大值。本文还对薄膜流体自由表面上的波浪的相位进行了研究。五、对三维波纹结构塔板上的薄膜流体进行了数值仿真研究。结果显示,流体基本上是绕着三维波纹结构运动,波纹结构之间形成的空间内速度较大,而波谷及波峰处则速度较小。由于三维结构波纹能引起薄膜流体在三个方向上的扰动,因此这种结构的波纹相对于二维波纹结构能大幅度提高薄膜流体与气相间的传质效率。通过研究拓扑结构改变对薄膜流体传热/传质效率的影响,为优化设计基板拓扑结构提供了依据。