本文对蒸发液体和蒸气两相流系统中的蒸发与热毛细对流的耦合机理进行了理论分析和数值模拟研究，尤其是对空间微重力环境下的界面蒸发与对流现象。本研究对认识具有相变流体界面的热、质传输过程及其相互耦合机理具有重要的理论研究意义，同时也是空间蒸发(冷凝)等相关技术的应用基础。论文完成了如下几方面的研究工作：　　 首先，建立了蒸发液体在其纯蒸气中蒸发的单层蒸发热毛细对流模型，以描述蒸发非平衡效应(蒸发系数)和界面的温度对蒸发流量的影响规律。为了衡量这两个效应的相对大小，定义了无量纲的蒸发Biot数Biev: Biev→0对应于蒸发非平衡效应起主导作用的反应限制模式，Biev→∞对应于液体热扩散决定蒸发流量的扩散限制模式。本文利用解析方法给出了不考虑热毛细效应的纯蒸发液层的温度场，发现了蒸发界面的总蒸发流量随着Biev增长而增大。为进一步考虑热毛细效应，数值模拟了该模型不同蒸发模式和不同强度的热毛细对流，论述了Biev和Ma数对界面热、质量传输的影响，发现并阐述了蒸发和热毛细对流耦合的三种模式。 　　 建立了蒸发液体在混合气体层中蒸发的气/液两层热毛细对流模型，描述当混合气体总压力不变，而蒸气分压力随蒸气浓度改变而变化时，界面处蒸气的分压力、蒸发系数和界面温度对蒸发流量的影响规律。本文研究了室温下的水在大气中的蒸发问题，理论分析表明本模型的蒸发流量主要受制于水蒸气的扩散能力，可以简化为热力学平衡态问题进行研究。数值计算结果表明：在水平温差较小时，蒸发吸热效应使液层中部液体的温度低于冷端温度，在液层内形成两个方向相反的热毛细对流涡胞；当温差增大到一定程度时，蒸发液层内的涡胞为单一整体涡。蒸发热毛细对流的对流换热效应体现在液体中，在蒸气层中仍然是热传导起主要作用。蒸气层的热毛细对流对浓度扩散影响很小。　　 本文把C.Ward等人新近提出的含有表面热容的边界条件[65]引入到单层热毛细对流模型中。表面热容用来衡量蒸发界面储存的Gibbs过剩内能大小。界面的切向速度能够输运这种表面能，并且与热传导共同为蒸发提供能量。本章研究发现，除了对流换热的方式以外，热毛细对流还可以通过输运表面能进一步提高蒸发界面的温度。由热毛细对流输运表面能提供的的能量比例随着Ma数和表面热容的增大而增大。该能量在蒸发界面的积分值几乎不随蒸发模式的改变而改变。　　 本文还根据C.Ward等人的实验数据，对圆柱型蒸发对流实验模型[66]中的液层流场结构进行了数值模拟研究。发现该实验中的蒸发液层内仍然存在着浮力对流，但是其强度远小于热毛细对流。热毛细对流不会只局限在蒸发界面以下很薄的等温层中，而是会穿透该层到达液层中部以下深度。该结果与Duan和Ward等人[66]对流场结构的推测存在差异。　　 本文开发了求解二维非定常不可压缩Navier-Stokes方程和能量方程的有限差分程序。利用压力增量的投影法实现压力和速度的解耦，通过设置合适的中间变量边界条件可以使计算程序在空间和时间上都达到二阶精度。采用快速求解器(cylic-reduction方法)求解压力泊松方程，提高了计算效率。该程序对于数值模拟扇形和矩形区域内具有相变界面的两层流体系统的非定常流场具有很强的通用性，并且易于改编成适合其他蒸发对流模型的程序。