随着高性能、高集成电子器件的大量使用,高功率密度所导致的热量堆积已成为制约电子、激光等系统发展的瓶颈。喷雾冷却作为具有独特优势的新型散热技术,可以在有限空间内实现高热流密度电子器件的均匀散热。针对纳米流体喷雾冷却传热研究中存在的问题,本文在对作为分散剂的表面活性剂对喷雾冷却传热强化研究的基础上,对表面活性剂的传热强化机理及强化效果进行系统的理论和实验研究。纳米流体在作为冷却工质时,为了防止纳米颗粒聚集沉淀,往往会加入少量表面活性剂作为分散剂来保证纳米流体的稳定性。针对现有纳米流体喷雾冷却研究中所存在的传热强化不确定问题,本文分别对三种常用分散剂Tween20、PVP、及SDS对在纳米流体喷雾冷却传热强化中作用进行了实验研究。结果表明,作为分散剂的表面活性剂对纳米流体喷雾冷却传热强化起主导作用。在不使用表面活性剂的情况下,纳米颗粒的加入对水作为工质的喷雾冷却传热不仅没有强化效果,反而削弱了其传热特性;添加表面活性剂后,纳米流体的传热性能得到明显改善,其改善效果受表面活性剂浓度的影响。其中,表面活性剂Tween20的最佳浓度为45 ppm,喷雾冷却换热系数分别比纯纳米颗粒溶液和水提升了 29.6%和14.9%;PVP的最佳浓度为300 ppm,喷雾冷却换热系数分别比纯纳米颗粒溶液和水提升了 22.5%和8.6%;SDS的最佳浓度为800 ppm,喷雾冷却换热系数分别比纯纳米颗粒溶液和水的平均换热系数提升了 68.7%和49.5%。三种表面活性剂中,SDS对纳米流体喷雾冷却的传热强化效果最佳,这是因为氧化铝纳米颗粒在水中带正电,对SDS在水中电离出的阴离子基团有强烈的吸附作用。为了进一步研究表面活性剂对喷雾冷却传热的强化机理,本文基于添加高醇类表面活性剂喷雾特性进行了实验研究的相关测量结果,建立了表面活性剂作用下工质喷雾特性的准则式,并以此为基础,结合喷雾冷却传热过程的数学模型建立了高醇类表面活性剂喷雾冷却传热的分析模型。为了验证该模型的准确性,和实验结果进行了比较,其热流密度的平均误差小于10%。基于上述模型,对高醇类表面活性剂对喷雾冷却的强化机理进行了分析。分析发现,加入高醇类表面活性剂后,液膜的厚度明显增加,液膜流动也更快,较厚、较快的液膜有利于较好的流动带走热量;结合喷雾特性和流体物性对传热结果的影响研究,高醇类表面活性剂对传热性能的改善主要与雾滴动能的增大和表面张力的降低有关。综合液滴动能和表面张力的影响,韦伯数是工作流体的重要影响参数,研究发现,高醇类表面活性剂的加入增加了工作流体的韦伯数,且韦伯数的分布规律和传热结果分布相似,因此高醇类表面活性剂提高韦伯数是其对喷雾冷却传热的强化机理之一,韦伯数的大小可以用来估计工作流体对喷雾冷却效果的影响。