以R600a压力式封闭系统喷雾冷却过程为研究对象,对其换热过程进行分析.对液滴撞击热面后的状态进行建模,分析了其运动状态.通过忽略液膜的对流换热,引入韦伯数来简化并修正雾滴与热源表面的对流换热系数关联式;借鉴二次成核理论,通过单位时间内,单位面积上覆盖的雾滴数量对核态沸腾换热系数关联式修正.通过上述分析,以对流换热和核态沸腾换热两种机理为中心,建立了新的换热系数关联式.通过与其他文献的关联式、实验测量值进行比较、不同工质进行比较、不同实验系统比较,发现该式预测值和实验测量值偏差在±20%以内,能够很好地预测压力式封闭系统喷雾冷却过程的换热系数.

针对高功率固体激光器的散热需求，设计了一种以R600a为制冷工质、基于制冷循环的喷雾冷却系统，并对其换热性能进行研究。研究结果表明，热源表面温度受喷嘴进口压力和喷雾室内蒸发压力等因素的影响，降低喷雾室内蒸发压力更有助于表面温度的明显降低，50 kPa的压力降低，可以使表面温度降低8 ℃；换热系数受喷嘴进口压力、蒸发压力共同影响，实验中获得了高达35000 W/(m2·℃)的换热系数；表面温度标准差主要受喷嘴进口压力影响，而喷雾室内蒸发压力的增加，几乎不会对表面温度分布产生影响。

针对高功率固体激光器的散热需求，设计了一种基于制冷循环的喷雾冷却系统，并对其换热性能进行研究。由于制冷系统的压缩机需要润滑，冷却液中不可避免地会混有润滑油。润滑油会对冷却液的粘度、表面张力产生影响，并可能产生油膜，从而对冷却液的换热过程产生强化或抑制。因此，通过实验研究，分析了润滑油对喷雾冷却换热性能的影响。实验结果表明，冷却液中存在润滑油，会增大冷却液流经喷嘴过程中的阻力，减小流量，但根据本系统的应用情况，可以忽略；在低热流密度时，含有一定量的润滑油更有利于热源表面温度的均匀分布，高热流密度时，2%(质量分数)的含油量对温度分布不均的影响可以忽略；润滑油的存在可以提高临界热流密度，使得系统的散热能力得到提高，更有利于其在高功率固体激光器散热领域的应用。

针对大功率LD的冷却需求，基于沸腾-空化耦合效应，研制了一种微通道相变热沉，封装腔长1.5 mm的LD线阵。依据加工条件确定通道宽度、深度以及间距，采用2维数值模型估算了通道长度，热沉材料采用无氧铜，多层叠焊，外形尺寸为20 mm×12 mm×1.6 mm。实验测试了连续功率LD输出0～100 W时的电-光转换效率以及电流-输出功率等特性，冷却工质采用R134a，磁驱齿轮泵电机转速50 r/s时热沉热阻为0.3 ℃/W。结果显示微通道相变热沉具有良好的散热能力，能够满足大功率LD的散热要求。

以水为工质，在维持热流密度及进口水温不变的条件下，进行气助式雾化无沸腾喷雾冷却实验。分析了液体流量、压力以及气体流动参数对雾化液滴索太尔直径dSMD的影响，并进一步研究了其对换热能力及换热表面温度均匀性的影响。实验结果表明气液质量流量比高于5%时，气液压力相当，可以实现气液相对速度、气体动能利用率、气耗率的最优匹配，可以得到最好的换热效果，而液体压力略低于气体压力，可以得到较好的温度均匀性；气液质量流量比低于5%时，气体压力略高于液体压力，保证气体动能利用率的同时提高了气液相对速度，优化了液体雾化和雾滴分布，得到了最好的换热性能和温度均匀性。

喷雾冷却作为一种解决高功率激光器散热需求的技术得到越来越多的关注。结合近几年的研究工作, 综述了喷雾冷却技术的研究现状。针对高功率激光器的散热需求, 主要从传热机理、影响因素、温度均匀性方面进行阐述, 分析了存在的问题。提出将制冷系统和喷雾系统结合、R600a等制冷剂为冷却剂的冷却方案, 设计了气助式制冷喷雾冷却系统, 分析了适用于制冷喷雾冷却系统的工质, 提出了喷雾冷却技术在高功率固体激光器散热中的发展方向。

以水为工质, 在维持热流密度及进口水温不变的条件下, 分别对3个实心锥形喷嘴进行“无沸腾”喷雾冷却温度均匀性实验, 研究了喷嘴几何特性、喷射高度、喷嘴进口压力对换热表面温度均匀性的影响。结果表明, 换热表面温度标准差S(T)受喷嘴喷射口径、喷射高度、进口压力影响, 而喷嘴锥角对其没有明显影响。

提出了利用水力空化效应抑制微通道流动沸腾不稳定性的方法并进行了实验验证。实验研究结果表明, 在微通道入口设置了空化结构后, 在加热量较大的变动范围内可以保持稳定的流动沸腾。基于这一研究结果, 开发了一种采用水力空化效应的单bar条微通道相变热沉, 并对单bar条微通道相变热沉进行了热工参数、电光参数以及最大散热能力测试。测试结果表明当输出光功率达到70 W左右时, 光电效率达到最大值, 且其最大散热能力超过了100 W(发热热流密度870 W/cm2)。

大热流密度散热问题已成为发展高功率激光器的关键技术之一。本文结合我们近年来的研究工作, 综述了目前正在应用或正在研究的针对高功率激光器冷却技术的研究现状, 主要包括微通道液体对流换热、固体冷却、喷雾冷却和微热管冷却。然后根据技术发展趋势, 提出了微通道沸腾换热冷却和液氮冷却是两种具有很好应用前景的冷却技术, 并介绍了该两项技术目前基础研究进展情况。

根据多波束声纳地形匹配导航中不同阶段对匹配性能的不同要求,提出了基于径向投影变换的快速地形匹配方法.基于径向投影变换的快速地形匹配方法利用图像径向投影变换将图像变成一维曲线,然后采用相位相关法搜索图像的匹配位置和旋转角度,由于径向投影变换将二维图像变换为一维曲线进行匹配,因此大大提高了匹配速度.