喷雾冷却技术应用于小型固体激光器等高功率设备时,对其操作参数优化是提高系统传热能力、提升设备运行稳定性的有效手段。然而在实际应用中,由于喷雾冷却系统传热过程影响因素众多,难以通过实验对单一因素进行控制且操作成本较高。通过数值模拟结合正交试验等方法对喷雾冷却系统传热过程进行模拟分析,可对系统装置进行优化,提高系统传热能力。本文基于某小型喷雾冷却装置研发需要,采用计算流体力学（CFD）开展模拟研究,讨论不同操作参数对喷雾冷却系统传热性能的影响,为装置的设计提供理论依据;同时对喷雾冷却过程中产生的小液滴撞击液膜的过程进行模拟,深化喷雾冷却机理认识。主要研究内容及结果如下:（1）小型喷雾冷却系统模型和两相区小液滴撞击液膜过程模型建立。结合小型喷雾冷却系统开发要求,采用欧拉-拉格朗日方法,建立冷却系统传热机理模型,模拟结果与文献实验结果的最大相对误差为4.3%,证明了模型的可靠性;针对冷却系统内部传热模型建立的需要,采用CLSVOF方法建立小液滴撞击液膜过程的数理模型,通过与文献实验结果的可视化对比,证明了模型的可靠性。（2）小型喷雾冷却系统的操作因素模拟分析。通过单因素模拟和正交模拟方法,分别研究操作参数对系统传热性能的影响并对系统操作参数进行优化。结果表明:热流密度为223.98W·cm-2时,降低工质温度、增大工质流量与喷射速度、降低环境温度均可提升系统的传热性能。其中工质温度、工质流量与喷射速度对系统两相区传热过程影响明显,环境温度则影响较小;正交试验结果表明:热流密度一定时,操作参数对系统传热性能影响显著度排序为:工质流量＞喷射速度＞工质温度。优化出的实验系统操作参数推荐值:工质流量46.88L·h-1、喷射速度23.4m·s-1、工质温度8℃。（3）喷雾冷却系统内的小液滴撞击液膜传热过程模拟分析。在液滴撞击液膜过程中,降低液滴温度、增大液滴速度、减小液膜厚度可提升系统传热性能,单因素分析过程中,液滴温度为8℃、液滴速度为9m·s-1、液膜厚度为30μm时液滴撞击液膜过程传热效果较好;在液滴撞击液膜过程中,当液滴存在倾斜角时,对称轴左侧（液滴径向速度方向）最低温度高于右侧,传热面积高于右侧;随着传热过程进行,对称轴左右两侧传热系数峰值差值减小。随着倾斜角降低,对称轴两侧峰值差距增大,两侧峰宽差值随之增大。