电场强化对流换热实验研究+文献综述(4)
1.3 电场强化换热技术
强化换热技术在工程热物理学科和能源利用工程中是一个重要的研究领域。目前，强化换热技术发展很快，按其强化方式的不同，国外将这些强化换热技术划分为“主动”强化方法和“被动”强化方法。电场强化换热技术就是一种主动强化换热方法。它利用电场、流场和温度场的相互作用而达到强化传热的目的。
跟据现有的电场强化传热技术的理论研究和实验研究成果看，电场强化换热具有以下的优点：
1．传热强化效果显著。根据试验结果，对单相对流换热，使用外加电场对流换热时，换热系数可以提高100倍；对凝结换热，其换热系数可提高6倍左右；沸腾传热，其换热系数可以提高50倍左右。
2．设备简单。仅需一台高压电转换装置及附加的电极，不需要其他移动部件或机械设备。
3．易于控制热流和温度。无论什么换热表面，尤其是需要控制温度和热流的应用场合，只要控制电压就可以在短时间内达到控制热流和温度的目的。
4．适用于某些特殊场合。如在航天器中，由于没有重力，沸腾传热中气泡不易脱离传热表面，从而引起传热恶化甚至导致事故。而电场强化换热技术的应用可很好地克服这一弊端。
5．应用面广。从传热方式上，它不但可以应用于单相对流传热，而且在凝结传热和沸腾传热中也可以取得很好的效果；从工质的角度，它不但可以应用于气体、油等绝缘流体，而且可应用于弱导电甚至强导电的流体，特别适用于近几年开始大量使用的CFC替代物。
6．功耗低。虽然在实际应用中，流场内电场的总电压相当高(一般在20kV以上)，但电流很小，相对于传热量，其功耗可以忽略不计。
由于工程实际对高效传热技术的迫切需要以及EHD强化传热技术具有以上的一系列优点，近年来EHD强化传热技术在国外逐步成为传热学中一个相当重要的研究领域。
最初的电晕风强化气体对流换热的研究是从强化自然对流换热开始的，包括对不同换热面的研究，可以分为竖直板、热面朝上和热面朝下的水平板、外掠圆管（管束）和管内流动以及外掠翅片管。
OBrien和Shined首先研究了竖直板自然对流换热，发现随着施加电压的升高，产生的电流增大，边界层的破坏程度增强，对流传热膜系数增加最大传热膜系数出现在正对线电极的位置，随着压力的升高，位置下移。传热膜系数与消耗的电功率呈线性关系，且与气体种类无关。
Owsenek等人研究了热面朝上平板的自然对流换热情况。传热膜系数随极板间距的增加而增大，但当距离达到一定值时，传热膜系数变得对电极板间距不敏感。局部传热膜系数最大可提高25倍，在针板电极间距5cm，施加电压+15kV时得到。
Franke和Huston研究了管内的换热情况，发现直到出现电流时，才有强化效果，随着线电极间距的增加，产生电流所需的电压越高。他们在实验中观测到热边界层变薄，在线电极附近，局部对流传热膜系数最大。
Franke和Hogue还针对管外的自然对流换热，采用了针状电极和线状电极两种结构。除了得到相同的结论外，他们还发现，在强化传热效果和功率消耗方面，针状电极均好于线状电极。他们同时指出传热膜系数主要是施加电流的函数，而与高压电极与接地电极之间的距离的关系不大。
Reynolds和Holmes研究了外掠翅片管的自然对流换热情况，主要研究了电极布置对强化换热效果的影响。他们认为当电极间距太近时，电极之间会相互干扰，从而影响强化传热效果。当间距大于某一值时，所需施加的电压升高，但是强化效果不变。