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冷却工质经过喷嘴喷出后变成雾滴，雾滴喷洒在被冷却物体表面形成液膜，依靠液膜的蒸发、对流、雾滴的撞击和液膜内气泡的生长、运动、破裂等相变过程带走物体表面的热量[4]。目前普遍认为喷雾冷却的传热机制包括三方面：热源表面气核及二次核子的核沸腾、对流换热和液膜的蒸发。7259
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喷雾冷却中液体在热表面的换热主要分为两部分：以强迫对流为主的无沸腾区换热和有气泡产生的核态沸腾换热，如图1.1所示。当表面温度较低时，强迫对流换热占据主导地位。喷雾冷却处于无沸腾区，这种换热方式贯穿喷雾冷却的整个过程。Tan[5]研究发现，在整个喷雾冷却中两相换热大约占据了总换热量的45％-65％，其余热量主要由强迫对流带走。
当壁面温度达到喷雾工质沸点温度时，换热进入沸腾区，如图斜率明显增加，此时换热增强。冷却物体表面温度一般低于冷却介质Leidenfrost温度，沸腾主要为核态沸腾。多数研究者将此区域的换热机理归纳为四部分共同作用的结果，即：强迫对流换热，液膜蒸发，热表面核态沸腾和“二次成核”引起的核态沸腾换热。
图1.1 典型的喷雾冷却曲线
目前，关于喷雾冷却换热机理的研究主要是采用实验方法。以下是介绍一些关于喷雾冷却换热机理研究的情况：
Grissom与Weirum[6]将喷雾冷却过程分为3个不同的阶段：干壁(dry-wall)段，液膜覆盖(flood)段，莱氏(1eidenfrost)段。
Matteo Fabbri[7]在实验中观测到，喷雾液滴击打到即热面后，其中未飞溅的部分在加热面上铺展开来形成液膜，液膜的厚度和流速对喷雾冷却的换热影响非常显著。
赵锐等[8]建立了喷雾冷却的数学模型，计算了不同表面功率下各种换热方式的换热量，计算结果与实验结果吻合良好，误差小于15％。在小功率时，热量主要以液膜流动和液滴打击表面的方式被带走，随着加热功率的增加，壁面成核和二次成核成为主要的换热方式。
清华大学的安珍彩和雷树业等[9]在无沸腾情况下对雾化喷射下的波动液膜进行了电测量，研究喷头高度对液膜厚度的影响，通过实验得到液膜厚度与换热的关系，并且在一定的假设前提下，对雾化喷射冷却的机理进行了建模，并用实验得出拟合半经验公式。
王亚青等[10]研究了旋流式机械雾化喷嘴，以水为冷却介质的小流量喷雾冷却无沸腾区换热特性。实验研究发现，喷雾冷却中无沸腾区换热不仅受介质流量通量的影响，壁面温度对其同样有一定的影响。壁面温度越高，液膜蒸发越快，换热增强。
J. Wendelstorf等[11]对质通量密度νS=3-30kg/(m2•s)，物体表面温度200-1100℃范围内的喷雾冷却实验进行了研究，并给出了α关于表面温度与喷淋水温差ΔT和质t通量密度νS的关系式，该关系式的误差小于11％。
R. Panneer Selvam 等[12]通过建立喷雾冷却的多相流数学模型研究了气泡与液滴对传热强化的作用，得出了以下结论：在高热流密度时，加热面上的薄膜以及它与液滴的相互作用是非常重要的；气泡在薄液膜表层被液滴撞击而破裂或与蒸汽层相融合的过程对于传热发挥着重要作用。