近年来,航天热控、新能源利用、相变储能和强化传热等领域对冷凝和沸腾传热特性提出了新的需求和挑战,特别是随着新材料和微纳加工技术的发展,围绕微尺度下流体换热特性的研究受到越来越多的关注。然而伴随流体尺度的降低,影响流体运动及换热的机理发生显著改变,产生了诸多新现象、新规律和新机理,有待深入研究。由于分子动力学方法能够从分子层面上研究粒子间的复杂相互作用,逐渐成为了微尺度下流体换热及相变的主要研究方法。因此,本文利用分子动力学模拟方法,首先构建了纳米结构表面,对该表面上的爆炸沸腾现象进行深入分析,旨在揭示微尺度下润湿性和液膜厚度对爆炸沸腾起始温度的影响规律;进一步构建带有疏水涂层的亲水纳米柱结构表面,探索涂层及纳米柱参数对爆炸沸腾现象的影响机制。另外,在纳米结构表面制备的基础上,研究不同结构参数对冷凝换热特性的影响规律;根据强化冷凝换热效率的合理表面设计形式,进行混合润湿超疏水表面上的液滴合并诱导弹跳现象研究,深入分析条纹宽度,接触角和两个液滴中心的相对位置对弹跳速度的影响,以寻求提高弹跳速度的方法,并为强化冷凝换热提供理论支持。在平表面和纳米结构表面上进行爆炸沸腾现象的研究,通过对不同表面润湿性和液膜厚度下爆炸沸腾起始温度（Ts）的统计,发现在两种润湿性平表面上,Ts均随液膜厚度的增加而减小。然而,两种润湿性表面上的Ts的下降速率存在明显差异,在相同液膜厚度下,两种表面起始温度的差值ΔTs呈减小趋势。纳米结构表面上的所有Ts值均低于相同液膜厚度的平表面上的Ts值,这是由于纳米结构的存在增强了液膜与表面之间的传热。此外,随着液膜厚度的增加,Ts在亲水和疏水纳米结构表面上均呈现下降的趋势。当液膜厚度超过6nm时,亲水纳米结构表面上的Ts值均高于疏水表面上的Ts值,这与平表面的变化规律是完全相反的,其原因为与平表面相比,两种润湿性表面上的液膜温度上升速率呈现相反的趋势。构建了带有疏水涂层的亲水纳米柱结构表面,研究了两种不同厚度液膜在三种涂层厚度及两种柱宽下的爆炸沸腾行为,证明了涂层厚度、柱宽度和液膜厚度都会影响爆炸沸腾的起始温度。研究发现与纯亲水表面相比,混合润湿纳米结构可以降低起始温度,且随着疏水涂层厚度的增加,两种柱宽和液膜厚度情况下的爆炸沸腾起始温度均降低。模拟结果还表明,当液膜厚度和涂层厚度都相同时,较大柱宽的混合润湿表面的爆炸沸腾起始温度小于较小柱宽的混合润湿表面;当疏水涂层厚度和柱宽相同时,液膜越厚,液膜内的温度梯度越大,越有利于触发气泡成核,使得爆炸沸腾的起始温度随液膜厚度的增加而降低。构建了亲水及疏水纳米结构表面,研究了两种表面上的冷凝现象。在亲水纳米结构表面上的冷凝结果表明,较大的凹槽宽度和高度增加了冷凝面积,从而导致更多的液态原子数以及更快速的温度响应。随着凹槽高度和宽度的增加,势能达到稳定的时间更长。对于冷凝换热来说,当凹槽的宽度较小时,凹槽高度的改变,影响较小,然而当凹槽宽度较大时,高度的改变就表现出对热流密度有较大影响。进一步研究发现,当表面变得疏水时,表面上液态原子的最终数目均小于亲水表面的最终数目,且随着凹槽宽度的增大,较小高度的凹槽与较大高度的凹槽的差异越来越明显。势能随凹槽高度的增加而减小,这与亲水表面的势能变化的趋势是完全相反的。另外一个最明显的区别是凹槽高度成为一个重要的影响因素,在高度较大时不会出现冷凝。模拟研究了混合润湿超疏水表面上的液滴合并诱导弹跳现象。深入分析了条纹宽度,接触角和两个液滴中心的相对位置对弹跳速度的影响。结果表明,在混合润湿超疏水表面上的弹跳速度可以超过接触角为180°的理想表面上的极限速度。条纹宽度越大,弹跳速度越高;两种润湿性差异越小,弹跳速度越低;当较亲水条纹宽度固定时,弹跳速度将会随另一条纹宽度的增加而增加,这与固定较亲水条纹宽度而改变另一条纹宽度的速度趋势相反。