乙酸乙酯工质下电场对气泡的作用(2)

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3.3.1 构建模型 18

3.3.2 施加载荷计算 19

3.3.3求解 20

3.3.4后处理 20

4电场作用下工质对汽泡的影响 21

4.1 引言 21

4.2物理问题描述 21

4.3电场控制方程及边界条件 22

4.4计算结果及分析 22

5结论 31

致谢 32

参考文献 33

1绪论

1.1 课题选择依据及研究意义

能源是经济发展的源动力，是人类赖以生存的物质基础，能源问题是我国和世界各国共同关心的社会问题。所以，准确剖析能源需要影响因素，为分析出未来能源需求提供科学依据，对于保证国民经济健康、持续、稳定发展具有十分紧要的现实意义。新能源的开发和使用也可以提高我国能源的自给能力，减少能源的进口数量，降低我国能源的对外依存度，从而维护我国的经济安全。为了实现这一目标，必须从不同方面分析有效利用能源的方法途径，全面分析其影响因素，并提出有效的方法。

其中，有效利用能源的途径之一就是强化传热。主要有两种方法进行强化传热：一，使换热器传热面积增加。二，提高换热系数。增大传热面积研究现在已经比较成熟；提高换热系数的方法有很多，此课题的外加电场强化传热是其中的一个领域。

本文所研究的课题是从外加电场的角度分析强化换热的效果。电场强化沸腾换热的主要原因是电场作用汽泡的行为发生变化，为此，本课题针对乙酸乙酯这种工质，研究单纯电场作用对工质加热后产生的汽泡的作用规律。课题选用Ansys软件，编程求解出不同电场作用下汽泡周围场强分布特性，剖析对比此工质下汽泡的电场效应，研究不同电场的强化效果的差异。

1.2 电流体动力学（EHD）强化沸腾传热技术的研究历程

早在二十世纪初，国外学者就已经致力于EHD强化传热方面的研究，发展至今已取得很多成果，但多集中在英、美、日等经济发达国家。而国内对该领域的研究起步较晚，只是在进入九十年代后才开始从事此方面的研究，且具备一定研究基础的课题组很少。

1916年，丘博提出了实施外部电场可以提高流体的热量。与此同时，研究人员还发现电水动力学（EHD）在流体流动和沸腾传热方面的影响。在过去几年的实验研究中，科研人员将EHD的这些影响分为了两大类。第一类影响表明了电场对于源自于小洞中的气体运动的影响。通过对于在一个直流电场环境下使用黄铜网状电极和平板电极的研究，陈教授和董教授等人通过研究气泡的EHD行为的实验发现电场对于注入的气泡具有拉伸作用。第二类影响表明出EHD对于相变流体在核态沸腾过程的影响。

奥加塔和亚博在他们的实验中发现在外部电场的作用下，使用网状电极使相变混合物中的沸腾气泡的数量显著增加，并且会增加气泡分离速率和减小气泡直径。他们还指出由于液体和蒸汽的介电常数的不同，汽泡会在介电力的作用下压缩到受热面。

卡拉雅尼斯和许教授研究发现使用棒电极和20kv的高压直流电下，R-123沸腾换热的平均沸腾比比平时高出4.9倍。权教授和金教授在他们的试验中使用碟片作为电极并且用统计学的方法研究到了EHD对于电热丝的核态沸腾的影响。他们引入潜热的相对贡献和在电场作用下的对流传热到核态沸腾传热的概念，有了如下发现：（1）在施加高电压的情况下，潜热的转化的数量是起主要作用。（2）气泡的平均增长的程度、滞留时间和离开的气泡的平均直径随着施加电压的增大而减小。（3）气泡产生的速率和成核密度随着电场强度的增加而增加。（4）沸腾传热效果会被加强。