喷雾冷却具有流量需求少、传热系数大、温度均匀性好、临界热流密度高等优点,被广泛应用在电子、能源、运输、制造、航空航天和国防等行业。本文基于传统的制冷循环系统装置,用喷雾冷却方式代替传统的蒸发器中冷却方式,冷却工质经过冷凝器节流降压后进入喷嘴,经过喷嘴雾化成细小液滴,喷射到需要换热的平面上进行蒸发换热。此换热过程不仅使冷却工质的使用量减少了,而且分布会更均匀,换热潜力更好。经过大量的文献收集与查阅,以及实验模拟及分析,本文搭建了闭式单喷嘴垂直喷雾冷却换热实验台,并建立了实验的物理模型、数学模型,通过实验与模拟对闭式单喷嘴垂直喷雾冷却换热进行全面分析。论文的主要内容如下:1、建立闭式单喷嘴垂直喷雾冷却换热物理模型、数学模型、湍流模型、加热面液膜模型以及离散相模型。通过Fluent软件模拟闭式单喷嘴垂直喷雾冷却换热过程。研究喷嘴出口压力、喷嘴高度以及加热面功率等不同影响因素下喷雾蒸发换热特性。模拟发现:随着喷嘴高度的降低,加热面的温度越低,并且加热面的低温区域所占面积越大,换热系数越大,换热能力越强;随着加热面功率的增大,与喷嘴喷出的液滴之间的温度差越大,热传导越快,液滴蒸发吸热的速度越快,加热面上产生的液膜越薄,换热系数越大,换热效果越好;随着喷嘴出口压力增大,到达加热面的液滴速度增大,液滴与加热面之间的冲击力也越大,接触面也就越大,喷雾换热性能越好。2、搭建可视化的闭式单喷嘴垂直喷雾冷却换热实验台,使用R134a作为冷却工质,冷却工质在喷雾腔内通过0.4mm孔径的喷嘴喷射到加热面上进行吸热蒸发的过程,通过可视化的喷雾腔可以清楚判断冷却工质的喷雾状态。实验发现:（1）选取有效流量为0.0023～0.0042kg/s,随着喷嘴喷出的液滴到达加热表面的有效流量越大,参与换热的液滴量越多,液滴蒸发吸收的热量越大,喷雾换热效果越好,有效流量每增加0.0001kg/s,加热面温度降低2～10℃。（2）选取喷嘴高度为70～103mm,随着喷嘴高度的增加,喷嘴喷射出落在加热面上的圆形液滴分布由未全覆盖加热面变成全覆盖加热面。喷嘴高度越低,喷嘴喷出的液滴的轴向分速度越大,对加热面的冲击力越大,液滴之间的相互碰撞加强了液滴对加热面液膜的扰动,强化了对流换热。（3）选取喷嘴出口压力为0.3～0.6MPa,实验发现:随着喷嘴出口压力的增加,加热面的温度降低,原因是:喷嘴出口压力越大,到达加热面的液滴的速度越大,液滴与加热面接触面积越大,参与换热的液滴数量越多,喷雾冷却换热效果越好。（4）将模拟结果与实验结果进行对比,发现该闭式单喷嘴垂直喷雾冷却的模拟值与实验值的误差在允许范围内,仿真模型对喷雾冷却系统的运行情况有着很好的指导意义。