液体从光滑竖直壁面或具有槽道、纹路等异形扩展面的壁面上自由降落以实现热质传递的这一过程具有传热迅速、效率高、温差较小等优点,因而广泛被应用在能源、化工、制冷、航天、发电等领域。具有异形扩展表面的壁面结构复杂性导致降膜过程涉及波动、传热传质和破裂等多个方面。尤其是传热元件表面形状的变化以及液膜自由表面位置的难以选择,成为波纹槽道表面降膜研究不完善的重要原因,因此相关特性需要做进一步的补充研究。本文研究对象为1号和2号两种型号的三角形波纹结构填料。首先,在忽略外界空气对液膜作用、液膜下降过程平均厚度不变且无滑移等条件下,推导了液膜在x、y平面上二维流动的连续性方程和动量方程,建立了沿波纹壁面降膜流动液膜的物理及数学模型。通过无量纲化,得到了近似分析模型,引入流函数,给出了通用连续性方程和动量方程。对该微分方程组进行级数展开。通过测量填料的尺寸,建立了1号和2号两种填料的傅里叶级数形式的壁面结构方程式,推导了壁面结构对液膜流动影响和液膜自由表面的关系式。其次,本文设计并搭建了竖壁降膜流动可视化实验平台,实验研究了三种不同入口方式下两种不同波纹结构的填料表面降膜流动过程。研究发现,横向风的存在可以适当增加水在填料表面的铺展面积,减薄液膜厚度。相同工况下,2号填料表面液膜铺展面积普遍大于1号。通过白光共焦位移传感器测量了两种填料液膜厚度分布。结果表明,1号和2号填料表面液膜厚度均处于动态波动中,其变化过程总是围绕某一稳定值。其变化的范围可以通过测量不确定区间得知;而波动的幅度和剧烈程度可以利用液膜沿垂直其所在壁面方向上的位移量和速度变化量来表示。采用这种方法,可以使得某一位置的液膜厚度具有可预测性。同一工况下,波纹壁面不同位置的液膜厚度不尽相同,但变化特点是相似的,具有一致性。一般而言,边缘区域的液膜厚度普遍小于入口正下方的主流区域的液膜厚度;在一定范围内,增大入口流量可以使液膜厚度变大,同样加剧液膜流动过程的波动性。通过对比两填料的实验数据,可以发现液膜厚度随三角形波纹结构参数θ增大而减小;综合本文推导的关联式、实验数据,三角形波纹高度越高,液膜的波幅越大;均与参考文献结果进行了对比验证。