电水动力学强化沸腾传热中气泡行为的研究

电水动力学(EHD)强化沸腾传热作为一项新技术已引起广泛关注，电场下的气泡行为特征是影响传热的重要因素，迄今主要集中于实验研究；本项目拟利用数值分析与实验观察测试相结合的方法，系统研究电场下沸腾传热气泡的行为，特别是动力学行为。主要研究内容有:1)电场对气泡的作用机理。采用直接加热生成气泡模拟沸腾气泡，通过高速摄像机记录有/无电场下气泡生长全过程，研究电场参数对单个、多个气泡的作用机理；建立合理描述气泡行为的数学模型，依控制方程及边界条件，求解气泡周围及内部场强分布和电场力；在气泡受力分析和实验基础上，得出电场影响气泡行为的规律；基于电场与流场相互作用，进行气泡动力学分析，考察电场下气泡动力学特性，尤其是电场对气泡脱离直径、脱离频率等动力学特征的影响规律。2)系统阐释EHD沸腾传热的强化机理。基于场协同理论和沸腾传热理论对电场下沸腾传热过程进行计算分析,并与实验结果对照,作出合理解释。

在国家自然科学基金青年科学基金重点项目“电水动力学强化沸腾传热中气泡行为的研究”执行的三年中，通过实验观察和数值分析计算相结合的方法系统的研究了电场对于以水为工质的对流换热的影响和电场作用下气泡行为特性。主要成果有：1）电场对以水为工质的对流传热过程具有强化作用且不同流量条件下电场强度均有不同程度的强化作用，在流量为0.1立方米每小时时，其电场强化传热系数最大为1.224。2)在该项目的资助下获得“电场强化传热换热器”发明专利一项。3)电场对气泡行为影响的规律：在电场作用下，气泡沿场强方向拉伸变形且场强越大，拉伸变形越明显；气泡的脱离周期随着场强的增大而减小；气泡的上升速度、加速度、脱离时顶部受到的最大拉伸力和两侧受到的最大压缩力与电场强度成正比关系；气泡表面场强分布不均匀分布且沿着气泡外轮廓方向逐步对称减小。