喷雾冷却是一种实现设备散热和温控的新型散热方式,尤其对电子芯片和固体激光器等高功率设备散热具有巨大的开发和应用前景。但喷雾冷却效果受多因素影响、过程机理复杂,仅依靠实验测定难以深入分析过程的传热现象和机理,而利用数值模拟方法,可为喷雾冷却传热现象和机理研究提供理论依据。本文基于喷雾冷却实验系统研发需要,采用CFD方法开展模拟研究,探讨不同操作参数对喷雾冷却系统单相区传热的影响规律,并指导实验系统设计和优化;针对喷雾冷却核态沸腾区液滴撞击带气泡液膜的过程进行分析,可视化呈现微观流动和传热特点,加深对喷雾冷却机理的进一步认识。主要内容包括:（1）喷雾冷却系统计算模型的建立。采用DPM方法建立喷雾冷却系统单相区模型,采用CLSVOF方法建立核态沸腾区液滴撞击带气泡液膜微观模型,与实验数据的对比表明两个模型可靠。（2）喷雾冷却系统单相区操作参数分析优化及系统设计。利用喷雾冷却系统单相区模型分析不同参数对传热的影响并为实验搭建提供指导。结果表明,液滴速度在喷雾中心区域最大并沿径向逐渐减小;热沉表面中心处液膜厚度存在凸起,整体液膜厚度沿径向逐渐减小;喷雾冷却单相区传热方式以液滴撞击表面和液膜对流换热为主,液膜蒸发换热不起主导作用;喷雾冷却实验系统操作参数的最优组合为喷雾流量19.80L/h、喷雾高度6mm、工质温度10℃、热流密度30W/cm2,对表面温度影响的显著程度为热流密度>工质温度>喷雾流量>喷雾高度。（3）核态沸腾区液滴撞击带气泡液膜的流动与传热分析。利用核态沸腾区液滴撞击带气泡液膜微观模型分析撞击过程的流动与传热特性,结果表明,在液膜厚度h=1mm情况下,液滴速度从0.5m/s增大到2m/s时,撞击过程从近似波纹形态发展成冠状水花飞溅形态;颈部射流现象是颈部区域与气-液交界面的压力差引起的,撞击过程中气泡逐渐脱离壁面进入冠状水花中,气泡的破裂使冠状水花更易克服表面张力的作用进而出现断裂和飞溅;撞击点附近表面传热系数远大于其他区域,说明液滴撞击使对流传热增强;液膜厚度越小、液滴速度越大,表面传热系数峰值越大。