双合成射流控制喷雾冷却：传热特性的分析与评估

《Scientific Reports》：Dual synthetic jets controlled spray cooling: analysis and evaluation of heat transfer characteristics

　　

摘要

喷雾冷却是一种极具前景的热管理技术；然而，传统喷雾冷却的传热效率及均匀性仍有提升空间。双合成射流能够实现对喷雾流场的灵活调控。本研究通过CFD数值模拟，研究了在20,000 W/m2的热通量下，喷雾入射角度以及双合成射流的驱动幅度对传热性能的影响。结果表明，喷雾入射角度与驱动幅度之间存在显著的耦合效应。当喷雾入射角度为60°时，双合成射流最有效地使喷雾液滴融合并加速，从而在壁面形成均匀稳定的液膜，此时壁面的平均温度最低，温度均匀性最佳。同时，增加驱动幅度也能提升传热效果，但这一效果在0.6 m/s之后趋于饱和。因此，实际应用中需要在流量控制效果与能耗之间找到平衡点。在研究的参数范围内，60°的喷雾入射角度搭配0.6–1.0 m/s的驱动幅度，能够实现最佳的传热性能与温度均匀性，这阐明了在双合成射流流量控制下，喷雾冷却中“涡度控制→液滴轨迹优化→液膜均匀化→传热增强”这一内在机制。