喷雾冷却具有换热能力高、冷却温差小、工质需求量小、没有沸腾滞后、没有接触热阻等优点，有望成为将来电子器件冷却的首选方式。光滑表面的研究表明喷雾冷却换热机理主要为强制对流、液膜蒸发、核态沸腾和“二次成核”。表面微结构化因增加了表面的凸起与凹槽，改善了表面液膜形态，为近几年来强化喷雾冷却换热的主要方向，已有一些初步研究成果，但理论和实验研究还很不充分，对强化换热机理缺乏认识。因此，本文采用实验研究、理论分析与数值模拟相结合的方法，对微槽表面喷雾冷却的换热特性进行了详细研究，主要研究内容及结果如下。1．研究了喷雾特性对换热的影响。结果表明，雾滴速度、雾滴直径、雾滴数量通量共同影响喷雾冷却换热。换热强度随着雾滴速度、雾滴数量通量的增加而增强，但受雾滴直径的影响并不明显。喷雾体积通量（单位面积喷雾体积流量）是前述三个参量的组合，具有速度量纲，可作为表征换热特性的最佳参数，分析表明换热效果随体积通量的增加而增加。2．研究了表面微结构特性对换热的影响。实验发现，所有微结构表面的换热均出现不同程度的增强，在槽深、槽横断面积相同的微结构表面中，直槽道更利于表面液膜顺畅流动，因此表现出更好的换热特性，在此基础上进一步研究了直槽表面结构参数（槽深、槽宽和槽间距）对换热的影响，得出了喷雾体积通量与最佳传热表面的对应关系，并结合雾滴受力分析对发生最优传热的原因进行了探讨。3．研究了微结构表面的强化换热机理。结果显示，与光滑表面相比，微结构表面的对流换热和蒸发换热均增加，但两者各自增加的比例与喷雾体积通量有关。体积通量较小时，蒸发换热增加的比例更大，是强化换热的主要原因；体积通量较大时，两者增加的比例相近，对强化换热贡献相当。4．研究了临界热力密度的变化规律。实验发现，到达临界热流密度时，表面上液膜极不连续，雾滴与加热面直接接触，雾滴易滚离加热面，微槽表面可延缓雾滴离开加热面，增加雾滴滞留时间，提升了临界热流密度。实验发现，槽道越密集，临界热流密度越大；存在最佳槽深，使临界热流密度最大；喷雾体积通量增大，临界热流密度增加。5．研究了工质类型对换热的影响。实验发现，与同样质量通量蒸馏水相比，无水乙醇对流换热效果较差，但蒸发换热效果显著优于蒸馏水，综合使无水乙醇具有更高的换热能力。6．建立了直槽表面喷雾冷却换热模型。运用所建立的模型，变化喷雾体积通量和表面结构，进行了换热的模拟计算，并将模拟计算结果与实验数据进行了对比，发现两者能很好地吻合，验证了模型设计思路（槽间突起上表面与槽底面换热量之和等于光滑表面喷雾冷却换热量，槽侧壁换热量按纵向冲刷平板公式计算）的正确性。7．得到了光滑表面和直槽表面喷雾冷却换热无量纲关联式。关联式的形式简单，参量物理意义明确，既考虑了对流换热，又考虑了蒸发换热，对于槽面而言，还考虑了槽深和间距对换热的影响，能确切反映实际换热情况，且方便工程应用。8．运用VOF(Volume of Fluid)方法，数值模拟了单个喷雾参数对换热的影响。结果表明，液滴速度和液滴间距对换热影响最为显著，随着液滴速度的增加和液滴间距的减小，表面传热系数明显增大；液膜厚度对换热也有一定影响，液膜越厚表面传热系数越小；液滴直径对换热影响较弱，伴随液滴直径的降低，表面传热系数略有增加。