本实用新型提供低温喷雾冷却实验装置，属于冷却实验装置。所述实验装置包括液氮供液系统、喷雾腔系统、可视化和数据采集系统；所述液氮供液系统包括液氮管路和排空旁路，所述喷雾腔系统外壳由绝热层和预冷通道构成，并与真空泵、压力传感器、温度传感器连接，内部包含热沉、喷嘴、温度传感器，所述可视化和数据采集系统包含数据采集器、光源和高速摄像机。本实用新型充分利用喷雾时液氮迅速蒸发产生的低温蒸气经过预冷通道对喷雾腔内部预冷，实现制冷剂的多级利用，提高了液氮喷雾冷却性能，利用高速摄像机将喷雾冷却过程可视化。本装置通过将液氮雾化成大量细小液滴喷淋在热沉表面带走大量热量，实现高热流密度表面的快速冷却。