为降低激光加热面的最高温度，提升热面温度均匀性，提出一种射流冲击强化表面的综合散热方法。引入兼顾散热和流阻特性的综合评价指标performance evaluation factor（PEC）进行数值研究并与传统微槽道散热特性进行了对比分析。结果表明，降低冲击距离会使冲击区边界层变薄，增大横向流动速度，涡心向中心入口处移动，以此提高换热效率，不仅降低了系统最高温度，而且实现了温度均匀性。经过对比发现无量纲射流冲击距离为0.25时PEC最大，因此该系统最适用于激光热源的散热。此外，热应力与应变分析结果表明，在同种材料的屈服极限下，该系统所能承受的激光热流密度明显高于微槽道冷却系统，换热性能更好、适用性更强。

针对平行小槽道的流量分配问题，设计了不同的进出口方式，并采用数值方法研究其对槽道散热器内流量分配和换热特性的影响。结果表明，进出口方式对槽道散热器内流量分配特性影响很大；提出流量和换热不均匀系数来评价进出口方式的影响，发现相同进出口方式下，流量不均匀系数随着流量的增大而增大；当槽道散热器流量相同时，顶部中间(UC)进出口形式的散热器内流量不均匀系数最小；当槽道面积一定时，流量不均匀系数随槽道个数增加而减小；流量一定时，槽道的表面温度不平均系数随加热功率的上升而增加；加热功率一定时，热阻随着流量的增加逐渐减小并趋于定值。

基于目前国内外相关研究结果，分析了喷雾冷却的传热特性，阐述了喷雾冷却换热机理，给出了强化方法，研究了影响换热性能的因素，并给出一些理论临界热流密度（CHF）模型。最后结合高功率激光器件的散热需求，提出了喷雾冷却的发展方向。

对自行设计的插入式微槽道散热进行数值计算。重点研究了影响散热效果、槽道阻力的3个主要因素：流量、流体工质类型和插入肋片的接触方式。通过正交方法进行数值计算，给出了最优的槽道设计方式、流量和流体工质的组合，并计算了各个因素对散热效果的显著性水平。通过计算耗时和成本的比较，说明数值正交方法在优化设计方法上的优势。

针对高热流密度器件的散热问题，设计了有扰流微细槽道散热器。采用去离子水为工作介质，对其内流动和换热特性进行实验研究，结果表明：流体流过槽道时单位长度压降与雷诺数成正比，扰流对槽道内压降特性影响较小；存在最佳的雷诺数使有无扰流情况下槽道内换热努谢尔特数差别最大，并拟合了不同情况下努谢尔特数和雷诺数的关系式；采用进口段无量纲加热长度分析发现，扰流导致流体的热进口段长度增加；分析压降和进口热阻特性可以发现，在槽道长度一定时存在最佳流速使带扰流的微槽道的性能最佳。

在小槽道散热器入口处安置扰流圆柱，实验研究去离子水流过不同高宽比小槽道散热器的散热性能。结果表明，换热性能随着流量的增加而增强。流量为58.2 L/h，散热面温度为81.7 ℃时，带扰流的4 mm高度槽道具有3.2×106 W/m2的散热能力；小流量时，扰流对换热的影响较小；随着流量的增加，扰流对换热的影响逐渐增强；带扰流的槽道在不同的流速下存在着不同的最佳高度值，对于相同的槽道其扰流对散热的影响与单位槽道的流量有关。拟合了努塞尔(Nu)数与进口段无量纲加热长度、槽肋比和扰流直径与槽高比的换热关系式，能较好反映类似散热器的散热性能。

针对大功率激光器散热需求,设计了大高宽比小槽道散热器,并用去离子水为工作介质对其换热性能进行实验研究。结果表明,当散热面温度为70 ℃,流量为58.2 L/h时,3 mm高槽道散热器散热能力达3×106 W/m2;当流量一定时,不同高度的槽道散热器的表面温度和散热量成线性关系,但槽道高度存在最佳值;研究给出了槽道换热的努塞尔数(Nu)与雷诺数(Re)、槽道高宽比、槽道长径比和普朗特数(Pr)经验关系式,能较好反映该类散热器散热特性;槽道散热器的平均热阻随流速增加而降低,还与槽道高度有关;槽道散热器存在最佳流速和最佳高度。

以水为冷却介质,针对固体激光器200 W/cm2散热需求进行喷雾冷却换热实验研究,重点研究介质体积通量在0.044-0.053 m3 /(m2·s),壁面温度为25-65℃ 范围内“无沸腾区”的散热特性。实验结果表明,通量为0.044 m3 /(m2·s),壁面温度为65℃时,散热功率可达257 W/cm2;在通量为0.053 m3 /(m2·s)时,保持同样壁面温度散热能力达到300 W/cm2。对实验数据进行分析发现,“无沸腾区”换热系数随着介质体积通量、壁面温度的增加而变大;对雷诺数Re＞440给出了反映换热特性的Nu与Re经验关系式。与Oliphant等给出的数据比较后发现,此关系式在Re＞240以后的计算结果,对工程运用亦有一定的参考作用。

以水为冷却介质,采用Spray公司的TG0.3机械雾化实心圆锥喷嘴,在体积通量为0.044,0.049和0.053 m3/(m2·s)情况下,对刻有不同微结构槽道冷却面的无沸腾区换热性能进行实验研究。结果表明:刻有微结构的表面可明显增强换热效果;壁面刻有高为0.2 mm的微结构槽道且壁面温度为52 ℃时,体积通量为0.044 m3/(m2·s)则热流可达260 W/cm2,通量为0.053 m3/(m2·s)则散热功率高达376 W/cm2,完全可以满足当前高功率激光器的散热需求。对于光滑面以及槽肋高为0.1和0.2 mm的换热面,其换热能力随着体积通量的增加而增强;换热面高度为0.4 mm时,通量对换热的影响变得较微弱。微结构槽道不仅增加了换热面积,还有利于液膜扩散,减小液膜厚度,增强换热。在三种不同的流量通量下,高度为0.2 mm的微结构槽道换热性能最佳。

以水为冷却介质, 采用雾化角60°的Steinen系列1.5和2.0实心圆锥喷嘴, 研究不同流量(3.26～5.0 L/h)时大功率激光器喷雾冷却中的换热性能。结果表明,喷雾冷却“无沸腾”区换热性能不能简单以流量大小来衡量；对于同种型号喷嘴, 压力、流量增大会导致换热性能增强；但对不同型号的喷嘴, 增大压力与流量不能明显增强换热能力。在液滴喷射速度变化不大时, 由于流量增加会引起液滴数通量、液滴粒径大小、液膜厚度等喷雾参数的变化, 这些参数共同影响着换热。冷却效率主要受液体流量和液滴喷射速度共同影响。对于同种型号喷嘴, 压力增强冷却效率下降。相对于光滑表面, 粗糙换热面在喷雾冷却“无沸腾”区有着更好的换热性能和冷却效率。