电子产品的微型化、集成化、高速化导致其散热量和热流密度急剧增加，散热问题成为限制其进一步发展的瓶颈。针对高功率电子元器件散热问题，本文提出了基于制冷循环的喷雾冷却系统，并采用实验与数值分析的方法对其强化换热规律、润滑油影响及系统特性进行研究，对于深刻认识、发展和应用该项先进技术具有理论意义和实用价值。　　 将喷雾冷却系统的喷嘴及喷雾室代替节流装置和蒸发器，与压缩机和冷凝器构成基于制冷循环的喷雾冷却系统，可构建压力式、气助式、气泡式等三种系统形式，特别是可实现单一工质的气助式和气泡式两相喷雾冷却。搭建压力式喷雾冷却系统实验台，对其换热规律及系统特性进行了实验研究，获得了高达31000W/m2K的换热系数；热流密度为110W/cm2时，热源表面温度仅为31.5℃；在120W/cm2的热流密度下，表面温度标准差低于3℃。并开发了基于制冷循环的小型喷雾冷却装置，该装置结构简单(重量为6.3kg)、调节方便，160W的热负荷时，热源表面温度为21℃，工质通用性强，能够很好地应用于高功率电子元器件的散热领域。　　 以压力式封闭系统喷雾冷却过程为研究对象进行分析，利用能量守恒推导出雾滴的初始温度；结合压力式封闭喷雾冷却系统特点，对现有经验公式进行合理简化，获得了液滴撞击热源表面时的速率和粒径；忽略液膜的对流换热，引入韦伯数简化修正雾滴与热源表面的对流换热系数关联式；借鉴二次成核理论，通过单位时间内，单位面积上覆盖的雾滴数量对核态沸腾换热系数关联式修正；以对流换热和核态沸腾换热为核心，建立了新的换热系数关联式，结果表明误差在±20％以内，能够很好地预测压力式封闭系统喷雾冷却过程的换热系数。　　 润滑油的影响是喷雾冷却、微通道冷却等微型冷却系统的困惑所在。基于所搭建的实验系统，进行了润滑油对喷雾冷却性能影响的研究。实验结果表明：⑴随着冷却液含油率的增加，热源表面温度降低、换热系数上升，这种强化换热作用在高热流密度时更为明显；⑵适量润滑油的存在可有效的推迟气泡在热源表面的聚集覆盖，提高临界热流密度，含油率为6.2％时临界热流密度比无油时提高了近7％；⑶低热流密度时，润滑油的存在有利于表面温度分布均匀，而高热流密度时的影响并不明显。　　 基于上述喷雾冷却实验关联式，对喷嘴和喷雾室分别建立了数学仿真模型，并借鉴变频压缩机和风冷冷凝器仿真模型，建立了基于制冷循环的喷雾冷却系统稳态数学模型和仿真软件。在多种不同工况下，蒸发压力(喷雾室内压力)、冷凝压力(喷嘴进口压力)、冷却液流量误差小于±10％，热源表面温度小于±2℃。结果表明该数学模型和仿真软件能够对喷雾冷却系统性能进行较好的仿真分析，并通过软件对压力式封闭喷雾冷却系统进行了优化设计。