喷雾冷却是一种新型的散热冷却方式,具有冷却效率高、换热系数大、工质利用率高等优点,目前广泛地应用于冶金、电子元器件等行业。由于当前国内外对喷雾冷却的研究主要集中于水平静止壁面的冷却方面,而现实生活中常常会碰到竖直运动壁面的冷却问题,所以有必要对竖直运动热源壁面的喷雾冷却进行探究。液膜作为喷雾冷却重要的传热方式之一,对液膜的流动特性及传热机理进行研究尤为重要。本文针对竖直运动的热源壁面,针对壁面的结构特点,采用扇形喷嘴进行喷雾冷却。首先建立了喷雾的物理模型,在描述流体动力学的三大守恒定律的基础上,用量纲分析法进行理论推导得到喷流体速度分布函数的一阶线性非齐次微分方程,然后利用常数变易法求解得到扇形喷嘴的流体速度分布函数;结合扇形喷嘴的喷雾角度、喷雾距离以及喷嘴质量流量等喷雾特性参数,利用MATLAB软件对喷雾流体速度分布函数进行仿真分析,得到了流体速度的分布曲线。结果表明越靠近喷雾边缘区域,流体的速度越小,分布越均匀。其次,建立了液膜流动过程中满足的质量守恒模型和动量守恒模型,对液膜的流动速度和厚度进行理论推导,求解出液膜的流动速度和厚度关于等效喷雾半径和喷雾距离的分布函数;给定喷雾系统的结构参数进行仿真分析,得到不同喷雾距离条件下液膜的流动速度及厚度关于等效喷雾半径的分布曲线。结果发现在喷雾边缘区域液膜的流动速度比喷雾中心区域更快,并且液膜的厚度分布也更加均匀,而在喷雾中心区域的液膜会出现明显的凸起现象,喷雾区以外的液膜由于速度的减小,存在累积和回缩的现象。最后,在对液膜流动特性进行研究的基础上,建立了系统的能量守恒模型,通过理论推导得到液膜的热流密度关于喷雾距离和等效喷雾半径的函数;利用MATLAB仿真分析得到不同的喷雾距离条件下液膜换热的热流密度关于喷雾距离的分布曲线。结果表明喷雾边缘区域的液膜换热的热流密度比喷雾中心区域高,并且分布更加均匀,传热效果更好。综上所述,本文针对竖直壁面喷雾冷却系统,分别从喷雾流体速度分布特性、液膜的流动速度和厚度分布情况以及液膜的传热特性三方面进行了研究分析,所得的相关结论为喷雾冷却传热机理的实际应用以及实验研究提供了理论参照和技术指导。