当前,电子元器件微型化和高度集成化发展趋势迅猛。在该趋势下,电子元器件发热功率越来越大。如果热量不能及时疏散出去,可能会影响到电子元器件的性能和寿命,甚至会影响到工作环境的安全。相比现有的风冷、强制水冷、热管、半导体制冷及微通道等散热技术,喷雾冷却具有更高的单位取热强度,能满足更高热流密度电子元器件及设备的散热需求,己成为近年来国内外传热学中的研究热点,具有很广阔的工程应用前景。然而,目前对喷雾冷却的机理研究还比较缺乏,对其中各影响因素的了解还不全面。本文旨在研究喷雾冷却技术的换热特性及其换热机理,为喷雾冷却技术的工程应用提供理论依据和指导原则。本文首先对喷雾冷却在光滑热沉表面的喷雾冷却换热特性进行了深入的实验研究与理论分析。基于本文中所提出的喷射高度与有效流量的理论模型,推导出喷射高度与到达热沉表面上的有效流量的关系式,将出口压力与有效流量两个相互耦合和关联的因素独立开来,分别研究了喷射高度、出口压力以及有效流量对喷雾冷却换热特性的影响。实验结果表明出口压力对换热效果的影响非常小,而有效流量对换热效果的影响很大,并且存在一个能使换热效果达到最好的有效流量值。同时本文采用铝箔片作为模拟热源,结合红外热成像技术,对三种不同型号喷嘴下的喷雾冷却换热特性进行可视化研究,发现相对普通实心喷嘴,能够产生具有切向力的旋转轨迹液滴的喷嘴所得到的换热能力更强,但是在热沉表面上的温度梯度分布上,不能产生带有旋转切力的液滴的喷嘴效果更好。随着薄膜热源的输入功率的升高,其喷雾冷却的换热系数随之减少。当在质量流量及喷嘴压力较高条件下,这种趋势更为明显。在喷雾冷却的换热强化方面,本文对具有毛细微槽群的表面热沉结构及喷嘴与该热沉表面之间的相对喷射位置的变化对换热特性造成的影响进行了实验研究,发现毛细微槽群结构的喷雾冷却的换热效果比光滑表面高出50%,并且发现当毛细微槽群热沉表面上微槽的法线方向与地面平行且轴向方向也与地面平行的时候换热效果最好。同时,借助拍摄速率为100000帧／秒且带有微焦镜头的高速摄像仪,对毛细微槽群热沉在高速液滴的冲击下,微槽群热沉内单个微气泡的动力学行为进行了可视化分析和研究。实验结果表明从薄液膜阶段到干涸阶段过程中,随着热沉表面上热流密度的增加,微槽表面上的气泡从无到有,且表面上产生气泡的气化核心数密度也随之增加,当出现局部干涸时,有薄液膜区域的气泡生长频率更快,从而强化了局部的换热能力；同时发现微气泡的生长周期仅lms左右,从而加强了薄液膜内的扰动,强化了换热能力。此外,实验发现在微槽中只存有单个气泡生长的模式。结合单个气泡在微槽中的生长模型,利用MATLAB和VERSON软件对实验数据进行分析,发现微槽内的微小气泡的生长周期以及当量破裂直径并不是随着热沉表面上的输入热流密度的增加而单调减小,而是反复性的上下波动,但两者的总体变化趋势是随着输入热流密度的增加而减小最后,对以铝箔片为模拟热源和FC-72为工质的喷雾条件下所得到的实验数据进行分析,发现在单相无沸腾条件下热沉表面上的换热系数h与喷雾工况中质量流量、出口压力以及热沉表面上的输入功率有关,并对换热系数关联式拟合和修正,得到一个使用范围更广的半经验换热系数关联式。