基于射流管延伸和声激励器集成的受限横流通道方阵射流冲击传热强化

doi:10.7527/S1000-6893.2026.33064

流动控制与热管理专刊

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基于射流管延伸和声激励器集成的受限横流通道方阵射流冲击传热强化

吕元伟¹, 谭钧文², 毛佳宁¹, 陈格³, 张靖周³, 张镜洋¹(), 伏宇⁴, 王奉明³

^1.南京航空航天大学航天学院，南京 210016
^2.上海卫星工程研究所，上海 201114
^3.南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016
^4.中国航空发动机集团四川燃气涡轮研究院，成都 610500

收稿日期:2025-11-10 修回日期:2025-12-15 接受日期:2026-01-28 出版日期:2026-05-15 发布日期:2026-05-14
通讯作者: 张镜洋 E-mail:zjy@nuaa.edu.cn
基金资助:
中国航发集团产学研合作项目基金(HFZL2024CXY004);国家自然科学基金(52206091)

Heat transfer enhancement of square-array jet impingement in a confined crossflow channel by using extended jet pipe and integrated acoustic actuator

Yuanwei LYU¹, Junwen TAN², Jianing MAO¹, Ge CHEN³, Jingzhou ZHANG³, Jingyang ZHANG¹(), Yu FU⁴, Fengming WANG³

^1.College of Astronautics，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
^2.Shanghai Satellite Engineering Research Institute，Shanghai 201114，China
^3.College of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
^4.AECC Sichuan Gas Turbine Research Institute，Chengdu 610500，China

Received:2025-11-10 Revised:2025-12-15 Accepted:2026-01-28 Online:2026-05-15 Published:2026-05-14
Contact: Jingyang ZHANG E-mail:zjy@nuaa.edu.cn
Supported by:
Industry-University-Research Fund of Aero Engine Corporation of China(HFZL2024CXY004);National Natural Science Foundation of China(52206091)

摘要/Abstract

摘要：

针对无量纲冲击高度为3的受限横流通道中的2×2方阵连续射流（方阵无量纲节距为4）冲击对流传热开展了试验研究，重点关注方阵中央声激励合成射流集成和射流管延伸的主被动强化及其组合方式传热强化效果。方阵射流雷诺数Re=3 000~10 000时，在恒定激励频率250 Hz下，相应的合成射流与方阵射流速度比为2.0~0.6；射流管延伸调节喷口与壁面的无量纲法向距离为1~3。在研究的参数范围内，结果表明：方阵射流雷诺数Re=3 000时合成射流集成方式的传热强化效果明显高于射流管延伸方式，在组合方式的对流传热强化中占据主导机制，与无合成射流集成和无射流管延伸的基准情形相比，当横流与方阵射流速度比大于0.67时区域面积平均努塞尔数相对提高可达2倍以上；而在方阵射流雷诺数Re=10 000时射流管延伸则为对流传热强化的主导机制，横流与方阵射流速度比为0.5时的区域面积平均努塞尔数相对基准情形提升幅值可达1倍，此时在射流管延伸方阵中合成射流集成的作用几乎得不到体现；方阵射流管延伸和合成射流集成的组合方式只有当两者强化传热作用基本相当时方能体现出其有益性，相对于单一方式，组合方式在方阵射流雷诺数Re=5 000和横流与方阵射流速度比0.6~0.8时显现出较为显著的强化传热再提升效果。

关键词: 受限横流通道, 方阵连续射流, 声激励器, 合成射流, 射流管延伸, 对流传热强化

Abstract:

A test investigation is performed to the convective heat transfer in a confined crossflow channel with a specific dimensionless height of 3， produced from a 2×2 square-array impinging jets with dimensionless pitches of 4. Particular focus is played on the heat transfer enhancement by using the passively extended jet pipes and the actively center-positioned synthetic jet in the continuous-jet square array， as well as their combination schemes. Square-array jet Reynolds number （Re） ranges from 3 000 to 10 000， and the synthetic jet acoustic actuator is driven at a fixed frequency of 250 Hz. Correspondingly， the synthetic jet velocity ratios （defined as the ratio of synthetic jet characteristic velocity to square-array jet ejecting velocity） are varied from 2.0 to 0.6. From the jet pipe extension， the dimensionless normal distance between jet outlet and targeting wall is adjusted in a range of 1–3. Within the scope of this study， the heat transfer enhancement roles are clearly illustrated. Under Re=3 000， the synthetic jet integration demonstrates a significantly stronger heat transfer augment role than the jet pipe extension， taking on dominant heat transfer enhancement mechanism in the combination scheme. With respect to the baseline situation （no synthetic jet integration and no jet pipe extension）， the area-averaged Nusselt number on a specified zone could be increased up to 200% when the crossflow velocity ratio （defined as the ratio of crossflow inlet velocity to square-array jet ejecting velocity） beyond 0.67. Whereas under Re=10 000， the jet pipe extension plays dominant heat transfer enhancement mechanism on the otherwise. the area-averaged Nusselt number could be increased up to 100% at crossflow velocity ratioof0.5 in relation to the baseline situation. Meanwhile， in the square array with the extended jet pipes， the role of synthetic jet integration is very faint. The most possibilities wherein the combination of synthetic jet integration and jet pipe extension could exhibit obviously its significance on heat transfer enhancement appear when both schemes display equivalent heat transfer augment roles. For instance， under Re=5 000 and crossflow velocity ratioranging from 0.6 to 0.8， the combination scheme shows an obviously further improvement on heat transfer enhancement， in related to the single scheme either in active or passive.

Key words: confined crossflow channel, square-array continuous jets, acoustic actuator, synthetic jet, extended jet pipe, convective heat transfer enhancement

中图分类号:

V235

吕元伟, 谭钧文, 毛佳宁, 陈格, 张靖周, 张镜洋, 伏宇, 王奉明. 基于射流管延伸和声激励器集成的受限横流通道方阵射流冲击传热强化[J]. 航空学报, 2026, 47(13): 533064.

Yuanwei LYU, Junwen TAN, Jianing MAO, Ge CHEN, Jingzhou ZHANG, Jingyang ZHANG, Yu FU, Fengming WANG. Heat transfer enhancement of square-array jet impingement in a confined crossflow channel by using extended jet pipe and integrated acoustic actuator[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(13): 533064.

图/表 17

图 1

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表1

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参考文献 40

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Re	3 000	5 000	7 000	10 000
R_SJ-CJ	2.00	1.2	0.86	0.6
R_CF-CJ	0.33	0.2	0.14	0.1
	0.67	0.4	0.29	0.2
	1.00	0.6	0.43	0.3
	1.33	0.8	0.57	0.4
	1.67	1.0	0.71	0.5

测试参数	典型值	不确定度
传热表面温度T_w/K	330	1.5
射流温度T_j/K	302	0.3
基板背面温度T_b/K	305	0.5
加热膜电压V/V	5.3	1%读数
加热膜电流I/A	33	1%读数
表面发射率ε_w	0.95	0.01
射流管直径d/mm	8	1.5%名义值
导热系数k/（W∙（m∙K）^-1）	0.026	2%名义值

基于射流管延伸和声激励器集成的受限横流通道方阵射流冲击传热强化

Heat transfer enhancement of square-array jet impingement in a confined crossflow channel by using extended jet pipe and integrated acoustic actuator

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