日新月异的科技发展对计算能力不断提出更高要求,然而电子元器件的散热问题一再制约着高功率电子设备的发展,喷雾冷却则以其优异的换热效果和对应用背景的良好适用性,成为了时下最具前景的冷却方式。本文针对喷雾场和喷雾碰壁冷却两个阶段进行研究,先依次开展了粒径分布实验和换热特性实验,再依次基于实验数据在FLUENT计算流体软件中建立了喷雾场模型和喷雾冷却模型,并就工质在壁面上的液膜厚度和液膜速度分布探讨了喷雾冷却机理。(1)采用PDIA设备测得了不同压力下纯水和4%乙醇-水喷雾的粒径分布,发现随着半径向外方向,液滴粒径逐渐增大,但是到达最大值后,迅速减小。整体粒径分布曲线呈“双峰状”。基于实验数据,验证了喷雾场模拟所应用的数学模型。(2)通过喷雾冷却实验系统测得了纯水,乙醇-水(2%-6%)和异丙醇-水(1%-4%)不同工质在壁面上的换热特性,发现乙醇-水混合工质的换热系数关系呈4%>6%>2%,异丙醇-水混合工质的换热系数关系呈2%>4%>1%;此外,纯水、4%乙醇-水和2%异丙醇-水的换热系数关系呈4%乙醇-水>2%异丙醇-水>纯水,且两种醇类混合工质的换热系数显著大于纯水。(3)模拟了不同冷却工质的喷雾冷却过程,明确了壁面上的液膜厚度和液膜速度的分布规律,开展了换热机理分析。结果发现:在相同的热流密度下,同类冷却工质的液膜厚度分布相近,但是随着热流密度上升,最佳浓度工质对应的液膜厚度曲线出现“下沉”现象。这是因为工质浓度偏小时,则液膜内生成的气泡对液膜厚度变薄的促进效果不足;工质浓度偏大时,则液膜内生成的气泡过密使得液膜局部堆积。此外,工质在壁面上的液膜速度大小关系与换热能力强弱关系相同,因为工质浓度偏小时,则表面张力和接触角减小对液膜流动加快的促进效果不足;工质浓度偏大时,则表现出气泡过密且气液交界面处积聚的挥发性气体更多,反而抑制液膜流动。