在我国进一步探索空间领域的进程中,星载电子设备的功率不断增大,喷雾冷却以其热移除能力强、换热温差小、温控严格、无沸腾滞后等优点,在该领域具有广阔的应用前景。目前国内外对喷雾冷却传热特性及机理进行了较全面的研究,但对其作为电子设备散热的主要应用,尤其是表面温度不均、动态控制以及重力的作用等因素研究仍不充分。本文主要采用实验手段,对喷雾冷却的传热特性和机制进行了系统、深入的研究。首先,针对喷雾冷却复杂的空间特性,测量了液滴直径和体积流量密度的空间分布,解决了体积流量密度空间分布测量分辨率不高的问题。建立液滴参数空间分布与表面温度不均匀性的关系,研究了不同工况下温度不均匀性的变化规律。可视化研究表明蒸汽在表面温度最高处产生并随着热流密度增大而向全表面传播。建立了两相传热区表面温度不均匀性预测关联式,绝对平均误差为15.7%,较以往模型考虑了热流密度的作用,适用范围更广、应用更简便。其次,为改善瞬态热负荷响应下热控系统的控制性能,保证调控过程中喷雾液滴参数不变,针对间歇性喷雾冷却(ISC)开展了研究。测量了表面温度不均匀性,分析了其对一维未来时间序列顺序函数法的影响。确定占空比和频率对ISC传热特性的影响,发现传热曲线随频率降低而向高壁温方向迁移,但该现象在高占空比时被抑制。以可视化手段获得间歇期表面液膜的动态变化特性,探讨了上述规律与液体高效利用的关系。提出一个基于流动离散化的传热分析模型,将连续性喷雾和ISC统一起来,引入斯特劳哈尔数表征体积流量密度与喷雾特征时间的相对关系,建立针对单相、两相传热特性和CHF的预测关联式,并将该方法推广至制冷剂闪蒸喷雾冷却(CSC)中。再次,通过研究三种加热面方向对传热特性的影响,以体积流量密度和液滴直径的形式、给出了连续性喷雾CHF对加热面方向敏感性的参数范围。发现加热面方向对表面温度不均匀性影响不大。将喷雾间歇控制与加热面方向研究结合,发现加热面方向对ISC的单相、两相传热特性和CHF均无影响。结合蒸发效率分析,提出蒸汽逃逸与雾化液滴(或热表面)的相互作用是导致连续性喷雾CHF受表面方向影响的主要因素,揭示了ISC蒸汽逃逸和流动离散化两个重要机制的相互作用。最后,基于液滴冲击壁面以及表面液膜流动的时间尺度,搭建了一座小型自由落体设施。以HFE-7000为工质、超光滑硅片(＜0.5nm)为热表面,获得了常重力条件下表面液膜随热流密度的变化特性,获得了液膜三相接触线、润湿面积比和表面孤立液膜速度,指出表面温度不均导致的热毛细力会使表面孤立液膜流动加速。获得了低重力瞬态条件下表面温度和液膜变化特性,发现重力的大小对液膜形态并无重要作用,表面张力抑制了重力的作用。