淬火冷却过程作为解决高热流密度冷却问题的主要手段，被广泛应用于金属热处理以及核燃料堆芯安全等领域。淬火冷却过程中伴随的沸腾传热特性直接决定了淬火冷却效率。本文对不锈钢球体和柱体两种形状在淬火冷却过程中的沸腾传热和汽膜动力学特性进行了实验研究。主要通过纳米流体、物理喷涂、气相沉积、等离子清洗以及化学刻蚀的方法在表面制备微纳结构，从而调控表面的粗糙度、浸润性和芯吸性等特性，并进一步研究了表面改性对淬火沸腾过程尤其是膜态沸腾和过渡沸腾阶段的影响规律。　　首先选取了不同长度和直径的碳纳米管制备碳纳米管纳米流体，并在其中进行连续淬火以定向改变碳管沉积后表面的孔隙结构，研究表面孔隙结构对沸腾传热的影响。实验结果发现淬火速率在所有种类的碳纳米管纳米流体中都得以提高，且淬火时间会随着淬火次数的增加而逐渐缩短。另外，淬火速率的提高与沸腾传热强化有关，不同的碳纳米管纳米流体均表现出临界热流密度（CHF）和Leidenfrost点（LFP）增长的趋势。碳纳米管的尺寸会影响沉积的效果，实验发现长度较长且直径较大的碳纳米管沉积过程中更易形成高孔隙率的沉积层，这些多孔层能够更好地芯吸周围液体润湿表面从而强化沸腾传热，在该类纳米流体淬火过程中，CHF增长最为显著，达到56%，同时淬火时间也缩短了约53%。淬火冷却过程中CNT在表面上的沉积是影响淬火和沸腾传热的主要因素。由于沉积前后表面浸润性并无明显变化，而粗糙度的变化和沸腾传热强化有很高的相关性，因此沉积过程中粗糙度的增加和表面微观形貌的改变尤其是多孔层的出现可能是淬火加速和沸腾传热增强的主要原因。　　之后通过制备超亲水、亲水、疏水和超疏水四种典型的浸润性表面，研究了表面浸润性对淬火冷却过程中沸腾传热的影响。实验发现随着表面浸润性的提高，淬火速率和CHF逐渐增大。与原始表面相比，超亲水表面的CHF增大了约78%，而且由于超亲水表面极端的亲水性，蒸汽膜极度不稳定，在实验的过热度范围内（650℃）并没有形成稳定汽膜，淬火初始的过渡沸腾阶段根据固液接触模型不同分为过渡膜态沸腾和过渡核态沸腾两个子阶段。而表面疏水性质的增强使蒸汽膜更加稳定，对于超疏水表面来说，LFP和CHF消失，整个淬火沸腾均处于膜态沸腾阶段。实验过程中所得的膜态沸腾传热的Nu数和汽膜厚度与理论预测值之间表现出极好的一致性。　　为进一步研究不同浸润性表面的沸腾传热特性，本文同时研究了球体和柱体两种形状的表面浸润性与液体过冷度的耦合作用对沸腾传热以及汽膜演化过程的影响。表面浸润性和液体过冷度的提高均能增大淬火前端的传播速度，提升淬火速率。当过冷度为50℃，超亲水柱体表面的淬火前端传播速度为32.6mm/s，与饱和状态下原始亲水表面3.6mm/s的传播速度相比，提高了约800%。CHF也因此得到显著提高，同样在过冷度为50℃，超亲水柱体表面的CHF约为2475kW/m2，与原始亲水表面饱和状态时的400kW/m2相比，强化了约519%。而对于球体表面，在最高过冷度（70℃）时，与原始亲水表面相比CHF强化了约508%。超疏水表面在过冷液体中同样始终维持膜态沸腾状态，在沸腾初始阶段（表面过热度为200℃）时，热流密度相对于饱和状态强化了约400%，之后本文根据现有超疏水膜态沸腾的数据修正了原有理论预测模型。　　最后本文通过化学刻蚀以及CNT沉积的方式制备了具有芯吸性梯度的芯吸性超亲水表面（芯吸表面）和芯吸性亲水表面（半芯吸表面），并研究了芯吸性对淬火冷却过程中沸腾传热的影响。表面的芯吸特性能够改变过渡沸腾阶段的固液接触模式，延长过渡膜态沸腾子阶段，并提高两个子阶段临界过渡点（CTP）的出现位置，强化此点过渡沸腾传热（THF）,THF最高强化了约656%。定义了表征沸腾过程中芯吸表面液体润湿周围干燥区域能力的无量纲参数We*，并建模定量分析了We*和CHF以及THF强化的直接线性关系，阐释了芯吸性表面强化淬火沸腾换热的机理。