喷雾冷却具有优异的传热特性、良好的热均匀性、更高的冷却介质利用率且无沸腾滞后效应等优势,被视为解决未来高性能电子芯片散热的可行方案。目前喷雾特性对传热性能影响的实验研究已比较充分,而关于表面结构特性影响的研究较少;同时,因喷雾冷却传热机理研究不完善,其计算模型研究也较为匮乏。基于此,本文以实验与模型相结合的方法,重点对辐射槽面的喷雾冷却传热特性进行研究,主要内容包括:1.搭建实验平台,开展喷雾冷却传热性能实验,研究喷雾流量对喷雾冷却传热特性的影响。实验结果表明,无论光滑表面还是辐射槽面,增大喷雾流量均可使喷雾冷却过程的平均热流密度和冷却介质相变量增加;但液体离开待冷却表面的最终温度和冷却介质相变占比受喷雾流量影响很小。2.实验研究了待冷却表面结构对传热特性的影响。结果发现,相比光滑表面,所有辐射槽面的平均热流密度均有不同程度的提升。在喷雾冷却沸腾区,槽道越深,润湿面积越大、汽化核心越多,强化传热效果越好;但在非沸腾区和过渡区,浅槽道内部的气泡更容易排出、液膜流动性更好,传热性能更佳。3.实验研究了槽道封闭性对传热特性的影响。实验结果表明,封闭式槽道表面的平均热流密度始终弱于开放式槽道表面,证明了整个喷雾冷却传热过程中强制对流始终不可忽视;在研究中还发现,封闭式槽道可以减小待冷却表面中心的干涸区,使表面温度更加均匀。4.基于实验研究与理论分析,对非沸腾区喷雾冷却传热过程进行简化,并以质量、动量、能量守恒方程为基础建立了液膜的流动与传热模型;运用数量级分析方法简化方程后,采用数值方法对方程求解;利用实验数据对模型结果进行验证,两者高度吻合,证明了模型计算结果的可靠性。5.基于液膜流动与传热模型,开展了喷雾参数与表面结构对喷雾冷却传热性能影响的研究。结果发现,减薄液膜是提升喷雾冷却非沸腾区传热性能的关键;增大喷雾流量、增加雾化锥角、降低喷射高度均可使液膜厚度减小,强化传热性能;增加槽道数量能加强槽顶液体向槽底流动,使槽顶液膜变薄,增强传热性能。此外,窄槽道虽然会使液膜变厚,但大大增加了侧壁传热面积,使整体传热性能得到提升。