电子器件的散热问题是限制其发展的瓶颈。喷雾冷却具有散热能力强、质量流量小、温度均匀性好、无沸腾滞后等优点,已成为电子领域备受青睐的散热方式。换热表面微纳米结构改性是进一步提升喷雾冷却性能的有效途径,但微纳米表面与液滴的相互作用机制及其对喷雾冷却的影响机理尚不明晰。基于此,本文搭建了液滴碰壁可视化实验系统及开放式喷雾冷却换热实验系统,分别对微结构表面液滴碰壁动态特性、蒸干特性以及微结构表面对喷雾冷却的影响规律进行了分析,为优化喷雾冷却换热奠定实验基础。本文选取2mm厚度的镍板为基体材料,经打磨抛光处理后其接触角为73o,将其作为参考表面。采用UV-LIGA(深层光刻-电镀)工艺在基体表面制备了大槽和小槽阵列排布的各向异性规则微结构,其平行方向和垂直方向接触角分别为135o、114o。此外,采用电化学腐蚀工艺在基体表面制备了粗糙无序的非规则微结构,其接触角为126o。利用高速摄像机对液滴碰壁动态铺展过程进行拍摄,定量讨论了结构特征、表面温度和撞击速度对液滴铺展特征参数的影响。结果表明:表面微结构对液滴形态演变有着重要影响,平行方向微槽和腐蚀结构减小了液滴的最大无量纲铺展直径及其出现时间。表面温度对液滴最大无量纲铺展直径影响不大,抛光表面的液滴回缩过程表现出明显的温度依赖性,而微结构表面则受温度影响较弱。随着液滴撞击速度增大,液滴最大无量纲铺展直径及其对应无量纲时间增加。由于微槽结构平行方向的钉扎效应和垂直方向的自由运动,液滴无量纲高度曲线在一定的We数范围内出现了拍频现象。通过对比液滴蒸干总时间,发现非沸腾温度下两种微结构对液滴蒸干换热均有轻微恶化作用。然而,当换热表面温度高于工质沸点时,两种微结构均表现出强化液滴换热的作用。采用开放式喷雾冷却实验系统对微结构表面的喷雾冷却换热特性进行研究,分析了结构特征、喷雾高度、换热面指向以及表面活性添加剂等因素的影响规律。结果表明:微槽表面在相变区表现出较好的强化换热效果,微槽结构起到了增强核态沸腾、均匀液膜分布及减小表面温度波动的作用,但微槽方向并未对换热产生显著的影响。腐蚀表面则在整个冷却过程表现出恶化换热的效果。喷嘴距离换热面较近时,喷雾冷却换热效果较好,其中微槽表面最大换热系数对应的喷雾高度略大于抛光表面。θ=90指向的抛光表面和微槽表面热流密度均高于θ=180指向(θ为换热面法线与重力反方向的夹角),但这种差异在相变换热区越来越小。较小浓度的表面活性添加剂增强了冷却工质的起泡能力,使得沸腾起始所需要的表面过热度降低。