目前，辅助激光临床治疗鲜红斑痣所使用的R134a制冷剂喷雾冷却冷量不足，导致表皮黑色素含量高的患者的治疗效果较差。R404A以其更强的冷却能力具有取代R134a的潜力。本文通过实验定量研究了喷雾距离和时间对R404A喷雾冷却类皮肤表面动态传热的影响，并分析了不同工况下传热规律的相似性。结果表明：增加喷雾时间，可以延长对表皮的冷却保护时间；喷雾距离对表面温度的影响取决于时间尺度，短时间喷雾(20 ms)下，表面最低温度T_min随着喷雾距离的增大而升高，而长时间喷雾下(100 ms)，表面最低温度T_min在喷雾距离为30 mm时达到最小值；表面的最大热流密度q_max和最大换热系数h_max随喷雾距离增大而单调递减，与喷雾时长无关。通过理论分析提出了无量纲热流密度随无量纲时间变化的关系式。本研究结果对R404A喷雾冷却未来的临床应用具有重要的指导意义。

太田痣激光热疗的原理是用激光能量崩解真皮增生的黑色素，但表皮正常黑色素同样吸收激光能量，需要对其进行预冷却以避免热损伤。已经成功应用于辅助治疗葡萄酒色斑的瞬态制冷剂喷雾冷却很有潜力，但需进一步提高冷却能力并缩短液膜残留时间以避免对激光能量的衰减和皮肤感染。具有低沸点、高潜热、低全球变暖潜能值的R-32制冷剂有望成为R-134a和R-404A制冷剂的替代品。搭建了制冷剂瞬态喷雾冷却与激光能量衰减测试系统对喷雾冷却性能开展了实验研究。R-32制冷剂喷雾冷却下的热流密度峰值最大(519.0 kW·m^－2)且液膜残留时间最短(142 ms)，对755 nm和1064 nm的激光能量衰减最小。在喷雾开始63 ms后，R-32制冷剂喷雾对1064 nm激光的能量衰减小于6%。R-32制冷剂喷雾的冷却能力强，液膜残留时间短，对激光衰减小且对环境友好，表明R-32制冷剂具有较好的临床应用潜能。

大功率激光治疗过程中, 避免表皮及正常组织的热损伤副作用, 是保证激光治疗安全性和有效性的关键。本文采用具有高制冷性能的医用134a制冷剂, 通过对高压储液罐、密闭传输管路、高速雾化喷射装置以及电子学控制等系统的设计, 形成了可与治疗激光不同时序输出、对皮肤和组织进行实时快速冷却的瞬态喷雾冷却系统。通过研究喷洒时间、喷射距离、类皮肤材料温度变化之间的量效关系, 验证了装置的冷却效果。实验结果表明, 在20~50 ms喷洒时间内可将组织温度降低40~60 ℃。冷却系统的生物兼容性、耐压性、密封性通过了医疗器械注册检验。并联合大功率1 450 nm半导体激光用于面部痤疮的临床治疗, 189例轻中度痤疮患者在连续治疗4次后治疗的总有效率达873%, 未出现皮肤热损伤。该瞬态喷雾冷却系统可与各类激光治疗设备集成应用, 提高了现有激光治疗技术的安全性、有效性和治疗范围。

根据表皮内黑色素的产生及迁移特点，提出10种黑色素形态分布假设，采用两尺度皮肤传热模型研究黑色素形态分布、激光脉宽、病变血管尺寸和深度等参数对激光治疗葡萄酒色斑过程中表皮层和血管能量阈值的影响。结果表明,黑色素分布对表皮能量阈值影响较大，对血管无明显影响。黑色素分布越均匀，血管尺寸越小、埋藏越浅，则血管性皮肤疾病疗效越好。黑色素仅分布于表皮基底层时，应适当延长制冷剂喷雾时间。血管性皮肤疾病达最佳疗效前提下，黑色素分布越均匀、血管尺寸越大，应选取接近病变血管热弛豫时间的较长脉宽（15~20 ms）激光；血管尺寸越小，埋藏越深，皮肤激光手术中应选取较短脉宽（小于5 ms）激光。

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。

通过以液氨为制冷工质的开式喷雾冷却系统,在相同实验条件下研究了二极管激光器(DL)热沉喷雾表面分别为光滑表面、均匀密排微孔、深孔和多孔表面结构时的冷却效果,实验结果表明: 在热流密度达到300 W/cm2时,冷却表面温度均保持在28 ℃以内,适用于高热流密度下的DL热管理问题; 喷雾表面均布微结构能显著强化喷雾冷却性能,当采用均匀密排多孔表面时,散热功率达511.5 W/cm2,对流传热系数为346 701.1 W/(m2·℃),传热系数较光滑表面时提高了83.9%。

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。

为了满足大功率激光器件高热流密度及低表面温度的冷却需求，以R22为冷却工质，实验研究了在闭式系统中改变喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却中临界热流密度、冷却温度等冷却性能的影响，实验结果表明：在喷雾入口压力为0.8 MPa，喷雾高度为22 mm，入口温度为-3 ℃的实验条件下，当喷雾腔压力在0.2~0.4 MPa范围内变化时，随着喷雾腔压力的升高，临界热流密度值(CHF)先增大后减小，存在最优的临界热流密度，冷却壁面温度随着喷雾腔压力的升高而上升；当改变喷嘴孔径时，CHF存在最优值，过小及过大的孔径均会影响喷雾冷却性能；当喷嘴孔径为 0.4 mm，喷雾腔压力为0.34 MPa时， CHF值最高，为276.1 W·cm-2，其对应的被冷却表面温度为26.8 ℃，表面换热系数为 66 640 W·m-2·K-1。