闪蒸喷雾冷却作为一种高热流密度换热方式,具有高的表面蒸发换热系数,其以液氮作为制冷剂,可以用来探究大过热度下的非稳态非周期性传热机理。利用现代微纳加工技术对冷冻载体的毛细结构层进行表面微加工,有助于强化相变传热,在船舶精密空调系统、渔品冷冻保鲜、IGBT大功率原件散热、海洋工程节能减排等领域有诸多应用。本文基于薄液膜蒸发原理,采用液氮闪蒸喷雾的方式,搭建了喷雾冷却实验平台,对冷冻载体微米结构换热表面上的液氮蒸发传热特性进行实验研究,实验结果显示微米复合结构结合了微柱结构和铜网多孔结构这两种强化表面的优势,进一步增大了传热系数,有助于实现高热流密度换热。之后将其应用于细胞玻璃化冷冻研究,该研究为此种超高速冷冻新方法走向实用化提供技术支撑。首先采用烧结技术制备出具有微结构的冷冻载体,表征了冷冻载体的接触角和孔隙率,通过降低接触角和孔隙率来改善表面润湿性,从而强化传热;实验结果显示,在烧结温度800℃,保温时间120min,压力0.2MPa的烧结条件下,样本的蒸发传热特性最好,冷冻载体的平均降温速率可以达到83570.18℃/min。之后采用喷雾冷却实验系统,研究过热度、烧结温度、毛细层形貌等对液氮在冷冻载体表面上的传热特性的影响。数据处理采用经典分析非稳态传热的方法—集总热容法,得到各传热参数随过热度的变化规律,发现采用硅铜烧结方法对微结构表面的强化传热作用最优,在相同条件下,烧结铜网的微结构表面蒸发传热系数,表面热流密度等参数要优于其他两种结构。之后将冷冻载体应用于玻璃化冷冻细胞实验,发现低温保护剂浓度为5%DMSO,细胞存活率最高。蒸发传热降温速率随着低温保护剂浓度的增加而降低,细胞存活率随其先增加后减少,存在最佳值。