随着科学技术的进步,电子元器件的集成度和功率密度不断提高,同时其散热量也越来越大。面对大功率、高热流密度的电子元件的冷却问题,传统的冷却技术已很难满足其冷却要求。喷雾相变冷却是一种高效的冷却技术,具有高热流密度的冷却能力和严格的温度控制能力。因此,喷雾冷却技术将成为未来高热流密度电子元件散热的一项重要技术,喷雾冷却技术正在受到越来越多的关注和研究。本文针对大功率激光二极管阵列的散热问题,既要求相应的冷却系统具有冷却热流密度≥300 W/cm2的能力,同时冷却表面保持在15-25℃之间,运用喷雾相变冷却技术,选择液氨为工质,并搭建喷雾相变冷却实验系统实验台,应用单喷嘴和双喷嘴阵列,对换热面积为25 mm×12 mm的热沉进行喷雾相变冷却实验研究。本文通过喷雾相变冷却实验系统首先对喷嘴的特性进行实验研究,分析了喷嘴的性能参数,其次在不同喷嘴的喷淋高度、进口压力和进口液氨的过冷度下进行实验,研究了不同工况对喷雾冷却换热特性的影响,最后设计了模块化冷却元件,并对其性能进行实验测试,并分析换热表面的温度分布及均匀性。主要的研究成果如下:①设计了以液氨作为工质的喷雾相变冷却实验系统,具有很好的换热能力和换热效果,非常适合于高热流密度、较低表面温度条件下的电子元件冷却。采用单喷嘴喷雾冷却时,喷淋高度为15 mm,进口压力为450 kPa的条件下,喷雾冷却的换热系数可达95000 W/m2·K;在冷却热流密度为420 W/cm2时,热沉表面温度可控制在15℃以下。②喷嘴的喷淋高度和进口压力对喷雾冷却的换热特性影响较大。在实验工况不变的条件下,随着喷嘴喷淋高度的降低或喷嘴进口压力的增大,临界热流密度值增大,且在相同的热流密度冷却条件下,换热表面的温度随之下降。③喷嘴进口工质的过冷度对喷雾冷却换热性能具有一定的影响。随着制冷工质过冷度的增大,换热表面的温度降低,同时表面换热系数增大。④所设计的模块化冷却元件冷却热流密度≥300 W/cm2时,经实验验证,模块化冷却元件的表面可保持在15-25℃之间。⑤喷雾相变冷却的换热表面温度存在着一定的不均匀性。随着热流密度的增大,换热表面温度的非均匀性更加显著,在冷却热流密度为300 W/cm2时,换热表面温度偏差为±2℃。