中文摘要：

微化工与微传热技术是近年来兴起的具有巨大发展前景的新兴科技，其过程速率和操作效率较常规尺度设备大为增强，甚至可大几个数量级。其过程特征和不少基础问题还未弄清，急待深入研究。本项目主要研究其中的表面现象、传递特征及其物理基础，研究水相在超疏水表面构成的微型通道中的流动和传热特征，并与用超亲水表面构成的微型通道中的实验结果进行对比分析，以求对超疏水表面微型通道中水流过时的表面现象及其对传递影响的物理基础进行阐明。本项目还特别关注到水流过超疏水表面时产生的滑移现象和传热的大幅度增强的问题，提出了一个新的思路，认为应从超疏水表面构成的微细不均匀性来分析，提出了水流过这种微细不均匀的超疏水表面时产生微细纳米涡流的新设想，以此来分析诸如滑移、传递增强等行为的物理基础，以阐明它与常规尺度下的流动与传递行为不同的物理机制。此外，项目还对超疏水表面构成的微小通道中的气液两相流型特征及其分区进行研究

结论摘要：

微过程传递对高新技术与人类生活具有重要意义。表面与界面科学对微过程至关重要。项目从材料表面科学入手，在超疏水表面与微通道的制备及水流动与传热学研究上均取得了可喜的进展。发展了超疏水表面制备的晶格错位选蚀、优先溶解、溶解-重沉积等化学蚀刻理论与技术，并成功地在铝、锌、铜、黄铜、锌铝合金、乃至不锈钢基底表面上制备出具有微纳阶层粗糙结构的超疏水表面；制备方法对超疏水现象研究有重要推动作用，法国学者采用本法制备出超疏水钢珠，发表在Nature Physics 上。成功地研制出超疏水内壁面的微铝管；研究了水在超疏水微铝管内流动的阻力降、流型转换及传热性能。水流动时在液固界面上产生滑移，阻力降有明显降低，可达24%；对滑移过程进行了分析，获得了滑移速度与滑移长度的球算方法及其受流动参数的影响。综合流体力学与对流传热的研究，阐述了过程传递的物理基础超疏水性源于表面纳米凹穴内捕捉了空气，使表面具有自由能非均匀特征。在液固界面上，滑移速度使表面空穴内纳米气泡产生涡流式对流运动- - "纳米涡旋流"，使得传热过程较静止气泡层的导热明显增强。从而使其具有高传热与低流阻的特征。研究结果具有理论意义与应用前景。