随着制造技术和工艺水平的发展,众多军工设备如高功率激光武器、微波功率器件、相控阵雷达,机载设施,计算机芯片等不断朝着高频化,高集成度的趋势发展,热流密度急剧增加,表面温度持续上升,已成为制约其进一步发展的瓶颈,而且,在未来还将向着大面积强化换热的需求发展,需要发展新型冷却技术和冷却装置对其进行散热。将喷雾冷却突出的散热能力和合成双射流对流场,温度场的干扰控制能力相结合,有望突破受限空间内高温高热流大面积设备的散热难题。本文即从实际散热需求出发,提出了将这两种冷却技术相结合的创新性冷却方法,不仅具有合成双射流结构紧凑、能耗低、易于操控,涡系丰富,利于强化换热等特点,还具有喷雾冷却换热能力突出的优点。设计并发明了小型化、一体化的合成双射流喷雾冷却激励器,对这类新型喷雾冷却装置的流场特性和强化换热特性进行了研究。将超声微孔雾化片与合成双射流激励器进行有机结合,设计并研究了组合式合成双射流喷雾冷却激励器（dual synthetic jet actuator integrated with a piezoelectric atomizer,DSJAPA）。研究表明,雾化张角随着驱动电压的上升而不断增大,从原来的20°增大到74°,喷雾的直接冲击散热面积提升两倍以上。而当驱动电压恒定时,存在一个最佳驱动频率使得雾化张角达到最大值。使用PIV测试系统对喷雾场进行研究,结果表明雾滴在合成双射流控制下最大可以达到22.5m/s的冲击速度,喷雾模式由原来的密集式低速喷雾转变为稀疏式高速喷雾,这一转变有效提升了液膜蒸发率和喷雾冷却效率,使得合成双射流喷雾冷却能力优于两者冷却能力的简单相加。研究还发现,合成双射流能够有效增强喷雾冷却散热能力,降低热表面温度分布的不均匀度,对温度敏感器件的均热散热具有重要意义。依靠激励器喉道内压强与大气压的差异,在不需要提供额外的能耗情况下,水就能持续进入射流喉道内形成液膜,再由高频高速的合成双射流将液膜冲击破碎成细小颗粒,实现雾化。基于这种方法,设计了一体式合成双射流喷雾冷却激励器（dual synthetic jet actuator-based atomization device,DSJAA）。研究了驱动电压、驱动频率、冷却工质流量以及喷雾高度对雾化速率,喷雾粒径,表面温度以及热流密度的影响。最大雾化速率在700 Hz的驱动频率,210 V的驱动电压下取得,达到3.4 L/h。建立了喷雾粒径与合成双射流物性参数之间的无量纲关系式,为设计合成双射流雾化器的结构和尺寸提供理论参考。实验发现,当压电陶瓷片谐振频率等于激励器声学共振频率,即Helmholtz频率的一半时,将驱动频率设置为压电陶瓷的共振频率时,雾化性能最好。最佳冷却距离等于合成双射流的冲程长度,冷却能力主要受合成双射流雷诺数和冷却工质的流量影响,实验中,DSJAA最大散热能力达59 W/cm~2。最终,依据大量的实验数据,建立了合成双射流喷雾冷却能力的无量纲关系式。在组合式的基础上,进一步发展出基于电信号控制的矢量合成双射流喷雾激励器（vectoring dual synthetic jet actuator integrated with piezoelectric atomizers,VDSJAPA）,依靠不同型号膜片对相同驱动电信号的不同响应,从而产生非对称合成射流,最终实现矢量偏转。研究结果表明膜片厚度差异越大,对相同电信号的响应情况差别越大,矢量效果越明显,但矢量角的变化随着驱动频率的变化敏感度下降,需要能在大范围内变化频率的电源系统。研究还发现Coanda效应能有效促进喷雾矢量角的偏转,强化其矢量功能。将流场中直接测量的喷雾矢量角与通过温度场中喷雾冲击的中心坐标计算出来的矢量角进行对比,两者基本一致,这说明在对靶板进行冲击冷却时,能够直接控制喷雾矢量角精准去除高温点或高温区。