本文在为空间热动力装置提供设计依据和改善地基工程技术传热效率的背景下，分别以具有蒸发相变气-液界面的水平蒸发薄液层和蒸发液滴为实验研究对象，系统地分析研究了上述两种系统中蒸发效应和热毛细对流流动的耦合机理。完成了以下几方面的研究工作：　　 ⑴以自由蒸发的单层蒸发液体热毛细对流物理模型，研制了水平薄液层蒸发热毛细对流实验系统。系统主要包括液池系统、温控系统、温度采集系统、蒸发速率测量系统和光学观测系统等。利用该实验系统实现了温度、平均蒸发速率等物理参量精密测量和液层内部流场定量显示，并根据所测物理参量研究分析了蒸发效应和热毛细对流的耦合机制。　　 ⑵实验研究了热毛细对流与液层平均蒸发速率的相互影响，给出了不同外加温度梯度和蒸发液层厚度下的界面平均蒸发速率变化规律。在相对稳定气-液界面和液层内部流动的实验工况下，通过气-液界面高度变化的精确测量，首次给出了蒸发液面平均蒸发速率沿水平方向的分布。研究结果表明：蒸发表面不同位置处的平均蒸发速率受到当地温度分布、环境气体浓度和空气对流，以及蒸发液层对流流动等诸多因素影响。　　 ⑶实验观测了沿蒸发界面水平方向的温度分布，给出了不同外加温差和液层厚度下的界面温度分布。发现了蒸发相变和蒸发液层热毛细对流显著影响气-液界面处的温度分布，表明蒸发效应与热毛细对流之间的相互耦合作用机制。为了深入研究蒸发效应对界面温度的影响，本文选取了不同蒸发特性的液体和采取抑制蒸发液体蒸发效应的方法，分别获得了上述两种情况下界面温度分布的测量结果。研究结果表明：当温差比较小时，蒸发效应起主要作用；当外加温差加大时，热毛细对流主要影响界面的温度分布。　　 ⑷实验研究了蒸发界面处温度不连续的热力学非平衡现象。加拿大C.A.Ward等人近期在封闭真空特殊条件下实验研究发现气-液蒸发界面处存在明显的温度跳变，本文采用了不同于C.A.Ward的实验研究模型，给出了暴露在空气中、上层为液体蒸汽和空气混合气体水平液层界面处的温度跳变实验测量结果，并研究了液层厚度和液体蒸发特性对气-液界面处竖直温度分布的影响。获得了与C.A.Ward等人不同的新实验结果，实验发现了不同蒸发环境对蒸发界面温度不连续的显著影响。　　 ⑸采用PIV方法和阴影法实验研究了蒸发液层对流流动和热毛细对流稳定性，获得了温度梯度方向横截面内和整个液层内部的流动分布。通过改变液层厚度和不同蒸发特性的实验液体，实验发现了不同温差下蒸发液层内三种不同的对流流型。在薄蒸发液层中，实验观测到了热液波的存在。　　 ⑹实验配制出了三种不同浓度的二元醇类水溶液，通过表面张力测量和PIV流场显示，在特定温度区间内，这三种二元混合物的表面张力随着温度的升高而增大，流场显示出逆Marangoni的特征。　　 ⑺研制了蒸发液滴热毛细对流实验装置和液滴外形分析处理系统，实验研究了不同液体和不同底板温度下液滴(正滴和倒滴)外形(体积、接触角、表面积和相对体积变化)随着蒸发过程的变化规律，并利用PIV方法分析了液滴内部的热毛细对流流动。结果显示：蒸发效应影响液滴表面温度分布，从而诱发热毛细对流；热毛细流动随底板温度的升高而增强，从而加速热量传递，促进了蒸发。另外，与法方合作完成了失重飞机液滴微重力实验，分析研究了重力加速度对液滴外形的影响，为实践十号卫星实验项目提供了方案设计依据和技术预研。