喷雾冷却是一种新兴液冷型散热技术,是目前高功率固体激光器件散热领域最有前途的冷却方式。它具有换热效率高、工质需求量少、能够实现均匀散热等优点,但同时其换热机理复杂。本文针对加热功率、喷雾压力与流量、喷雾高度等影响喷雾冷却换热性能的因素,设计了开放式水喷雾冷却系统,制定了控制变量的试验方案,开展系统换热性能试验研究,获得提高传热系数的方法。试验得到的主要结论有:1)试验获得的水传热系数在1.5 5—2.1 2 W/c m 2·K,试验结果表明水做介质的喷雾冷却系统传热系数高于其他形式的强制对流换热系数。2)在雾化液滴未发生相变时,传热系数受加热功率的影响不大,而会随喷雾压力提高而增大;试验指出,喷雾压力由5 b a r提高至6 b a r,传热系数增加7.5%;喷雾压力由7 b a r提高至8 b a r,传热系数仅增加1.4%,过多提高压力对换热效果增益有限,同时会造成介质浪费。3)在雾化液滴未发生相变时,喷雾高度由2 7 m m降低至2 0 m m、1 3 m m的过程中,直接喷雾面积减小,传热系数降低2.2%、1.1%;喷雾高度由2 7 m m提升至3 4 m m,参与换热介质流量减小,传热系数降低1 0.2%;喷雾高度调整至直接喷雾面积刚好覆盖热沉表面时,传热系数最高,换热效果最佳。4)在水发生相变的工况下,传热系数较液相工况最高提升1 4%,换热性能良好,水的单位质量流量载热能力增强。综上结论,针对本文设计的开放式水喷雾冷却系统,提高传热系数的方法有:1)适当减小喷雾流量或提高加热功率都可以使喷雾介质水发生相变,从而提高传热系数,但该方法需综合考虑热沉表面最高温度限制的要求;2)液相水喷雾冷却时,适当提高喷雾压力,调整喷雾高度使直接喷雾面积刚好覆盖热沉表面的措施都会提高传热系数。该研究成果对喷雾冷却系统在高热流密度条件下的应用和发展提供了有利的依据和参考。