4.适用于某些特殊的场合。如微重力情况下,在航天器中,由于没有重力,沸腾传热中汽泡不易跃离传热表面,从而引起传热恶化甚至导致事故,但是EHD强化传热技术的利用能够很好地改善这一弊端。
5.应用面广。它不但可以应用于单相对流传热,更适用于沸腾传热和凝结传热。
以现实角度来讲,这种加强换热的技能具备其特别优越性和杰出前景,一方面这种换热技术可减轻换热器重量,减小换热器尺寸,节省材料,降低换热器和附属设备的投资成本;另一方面可降低工质与传热面间的温差,从而提高热力设备的整体效率。从对新能源的开发利用角度来讲,如:海洋能、地热能和太阳能的利用,由于传热温差很小,因而效率较低,而EHD强化传热技术恰恰对小温差传热的强化作用非常明显。因此,该技术可成为暧通空调、化工、冶金、能源、航天等领域的一门具有发展前途的强化传热新技术,对该技术的研究和开发将对节约能源、缓解能源紧张、保证国民经济持续发展将具有重要的现实意义和社会意义。
2.3 电流体动力学强化传热理论基础
EHD强化传热本质是一个复合场的多场综合效果。实际上,在该问题中,流体在电场中包含带电粒子、极性分子、非极性分子和作用界面等,它们在电场中的受力情形各不相同,受力以后产生的活动又相互作用,一方面,流体中的温度梯度使流体的导电系数发生变化,从而产生空间电荷,即温度场影响了电场;反过来流场又被它们在电场中的运动和电场力所影响;电场和流场的相互作用又影响了温度场及传热效果。因此,EHD强化换热的机理非常复杂,多年来,国内外学者为探索EHD强化传热的机理作了不懈的努力,也取得不少进展。
Panofsk根据电磁学理论,给出了电场中流体所受电场体积力的一般表达式:
电场施加在自由电荷上的力,称为电泳力或库仑力在上式的右侧第一个项目,该力的方向取决于自由电荷的极性和电场的方向;第二项表示因为受到了介电常数 的空间上的改变进而产生出来的作用在介质的力,这种力又叫做介电电泳力;第三项表示因为介电常数的随介质密度转变而产生出来的作用在介质的力,这种力也可以叫做为电致收缩力。
电场作用下的不可压缩流体,由于它受到的电场体积力,其Navier—Stokes方程为:
式中 指加速度,包括局部项 和对流项 ,矢量 表示单位体积的流体所受的重力, 为压力梯度, 为粘滞力。
对电场作用下的流体能量方程,需在一般能量方程中加上电阻耗散项,即:
该式忽略了流体的压缩功和粘性耗散项。