非均匀电场强化沸腾换热实验研究(2)
EHD强化沸腾传热技术
电水动力学(Electrohydrodynamic,简称EHD)强化换热是指在换热表面的流体中施加一电场,利用电场、流场和温度场之间的相互作用达到强化传热效果的一门新型传热强化技术.
EHD强化沸腾传热的机理与理论研究
早在1916年Chubb就发现EHD对传热有强化效果, 但是对EHD 强化换热的定量分析研究从60 年代才开始.80 年代以前EHD 技术主要针对膜态沸腾换热进行了研究, 以期望提高核态沸腾的极限热流密度。90年代以后, EHD技术得到迅速发展，在这段时间里, 它主要针对管外强化池沸腾进行了研究。对EHD技术强化沸腾换热的研究主要集中在美英日等经济发达国家, 国内的研究近几年才开始。EHD 强化换热中, 流体在电场中包含带电粒子极性分子非极性分子以及汽液界面等, 这些组分在电场中的受力情况各不相同, 受力以后产生的运动又相互作用。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，反过来空间电荷在电场中的运动以及电场力又影响了流场, 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.本文试图对此进行综述和分析,并对沸腾换热进行实验研究。
EHD强化沸腾传热机理分析
到目前为止，分析EHD 强化传热的机理,往往从流体所受的电场力着手。在电场作用下，流体所受的力是电场(均匀或非均匀)对单个离子或者对偶极子的作用。Panofsky和Philips根据电磁学理论,得到电场中的流体所受的电场力Fe 为
F_e=ρ_e Ε-1/2 E^2 ∇ε+1/2 ∇[E^2 (∂ε/∂ρ)_t ρ] (1)
式中第一项称为库仑力或电泳力(Electro-phoretic Force), 电泳力的方向取决于自由电荷的极性和电场的方向，第二项称为介电电泳力(Di-electrophoretic Force), 在两相流中介电电泳力主要产生于汽相与液相间的介电常数的差别，第三项称为电致伸缩力(Elec-trostriction Force)。在两相传热中，即沸腾和凝结中，EHD 对传热的强化作用主要是由电场对汽泡的力和作用于汽液界面上的力等因素单独或综合影响的结果。
EHD强化沸腾传热的基本方程
EHD强化换热过程的完整描述需从流场、温度场和电场着手，而且要考虑它们之间的相互影响。对不可压缩流体，将式(1)引入Navier-Stokes 方程有
ρ dv/dt=ρg+F_e-∇p+μ∇^2 v (2)
忽略黏性耗散影响的能量方程为
∂T/∂t+v∇T=κ∇^2 T+σ_(e〖xE〗^2 )/(ρC_p ) (3)
介电质的静电方程为
∇εE=q (4)
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