沸腾换热是一种高效稳定的传热方式,在电子元器件、核反应堆运行等工业领域得到重要而广泛的应用。在池沸腾过程中,换热表面开始出现汽泡至汽膜形成之前为核态沸腾阶段。核态沸腾具有换热表面温差小、传热强的优势,是沸腾换热过程中重点研究对象。沸腾过程存在着复杂的相变现象,主要发生在汽泡接触线的固汽液界面处,并且在沸腾过程中换热效果受汽泡行为的影响。换热表面润湿性的改变也将影响汽-固-液交界面处的表面张力,直接影响汽泡的生长和脱离。孤立汽泡池沸腾对揭示汽泡生长行为对沸腾换热的影响有着重要作用。常规的机械加工表面沸腾实验常出现多个汽泡同时生成的情况,造成汽泡间的相互遮挡及合并等。因此,本研究主要目的是通过制作人工孔穴加热表面以实现汽泡孤立生长,探索在单汽泡池沸腾过程中,人工孔穴大小以及表面润湿性对单汽泡动力学特性的影响,以揭示汽泡行为对核态沸腾换热的影响。本文通过机械微加工在铜加热表面生成直径分别为110μm和167μm半圆球状孔穴,并利用环氧树脂涂层代替硅橡胶进行换热面周围的绝热和密封,实现孤立汽泡池沸腾过程。通过高速摄像机记录汽泡生长过程的汽泡基圆半径、体积、接触角等形态学参数的变化,并通过PIV实验获得汽泡在生长脱离等过程中其周围流场的改变。进一步制作静态接触角为40.3°和69.3°的两种润湿性换热表面,对比在不同润湿性换热表面单汽泡的形态学参数及换热性能的变化。实验结果表明,本实验装置可以实现核态沸腾过程中汽泡的孤立生长。汽泡脱离频率随着壁面过热度的增加而增加,通过对不同过热度下尾流拖曳力的计算可以得出汽泡脱离频率随着已脱离汽泡拖曳力的增大而增大。通过不同大小人工孔穴的实验对比发现,人工孔穴直径对汽泡的行为有着较大的影响,孔穴直径较大的换热表面汽泡生长周期较短,脱离时刻接触角较大,体积较小。表面润湿性对汽泡行为有着重要影响,接触角40.3°的换热表面较难产生汽泡。不同润湿性换热表面上汽泡生成等待时间均随汽泡生长时间的增大而增大。静态接触角69.3°的换热表面汽泡等待时间远远小于接触角40.3°的换热表面,生长时间远远大于接触角40.3°的换热表面。