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EHD强化沸腾换热的研究现状及进展

更新时间:2016-10-22:  来源:毕业论文

EHD强化沸腾换热的研究现状及进展 EHD强化沸腾换热效果同多种因素有关,其中主要影响因素有电场特性、工质性质和热流密度。

1.3.1 电场特性对EHD强化沸腾换热的影响
电场特性主要包括场强的大小、极性和电场分布的均匀性,这些特性对EHD强化效果均有不同的影响。

(1) 电场强度大小的影响
电场强度是表征外加电场强弱的物理量,它和外加电压和电极距离直接相关。在以往的研究中,由于所采用电极形状各异,且有些电极难以计算出场强大小,多数研究以外加电压大小来考核电场对换热的强化作用,鉴于场强同电压之间的线性关系,在相同的试验条件下,电压的大小实际上体现了电场强度大小对强化效果的影响。
以往的研究成果表明,外加电场电压对各种工质沸腾换热系数的提高有着直接的影响,对EHD强化沸腾换热具有决定性的作用。当电压小于一定值时,几乎不起强化作用,而随着电压的增高,强化系数呈线性上升,但当电压达到一定值时,其上升趋势不再明显。,在Olinger[11]、Karayiannis[12]、黄烜[37]等人所进行的试验中,虽采用的工质不同,电极形状不同,但均得出以上相同的影响规律。可见,电场强度大小在EHD强化沸腾换热研究中是一不容忽视的因素。本文来自六%维~论!文\网,毕业论文 www.lwfree.cn

(2) 电场极性的影响
电场极性也会影响换热效果。Zaghdoudi[13]对此进行试验研究,结果表明,核态沸腾时,极性为负时的强化效果好于极性为正时;但电场极性对自流对流及临界热流密度的影响不明显。并从流体所受电场力角度对此进行理论分析,由于负电极发射电子,会使极性不同时的场强大小有所差异,造成极性为负时流体所受的电场力大于极性为正时,由此而产生的电对流相对较强,促进了汽泡微层、汽泡和换热面间微层的蒸发,导致汽泡的成长加速,从而强化换热。
Ogata[29]研究了电场极性对汽泡运动的影响。不加热条件下,极性为正时,汽泡被压制在壁面上,极性为负时则不被压制;而在加热条件下,无论外加正电压还是负电压,汽泡均被压制在换热表面上,并沿壁面剧烈运动,而且换热表面汽泡数目远大于不加热条件下。当换热面冷却时,无论外加正、负电压,均无汽泡附着在换热表面上。Ogata对现象的原因进行了如下分析:热边界层中的温度梯度引起电导率梯度,在液体中会产生电荷,因此当电极为正时,热边界层液体中就会产生负电荷,而当电极为负时就会产生正电荷。在库仑力的作用下,带电的液体向电极方向运动,加上换热表面附近的电场较弱,介电电泳力使汽泡向换热表面运动。因此,在强化沸腾换热过程中,无论电极施加正高压电还是负高压电,汽泡都会被压制在换热表面,与电极的极性无关。

(3) 电场均匀性的影响
电场分布的均匀性对换热强化效果也有很大影响。电场分布的不均匀主要是由于电极的结构和布置方式的不同而引起的。在目前的研究中,多数试验采用了非均匀电场,且认为非均匀电场的效果较好。
Paper等[15]对直线状、螺旋状线电极和网状电极进行了对比研究。在相同的条件下,由于网状电极的电场强度和电场非均匀性都比直线状和螺旋状电极的强,故网状电极的强化效果最好,强化系数为5,而直线状和螺旋状电极分别为4.5和3.9。
Cheung等[16, 17]先后用R-134a为工质对直线状电极、环状网格电极和矩形网格电极进行电场强化沸腾换热的对比试验研究。在相同的条件下,当热流密度为8kW/m2时,3种电极都获得了最大的强化系数,直线电极的最大强化系数为3,环状网格电极为5.1,矩形网格电极为5.5。
陈玉明[33]对直线状、针状及开槽管电极进行了对比试验,试验数据表明,对于针状电极,由于电极尖端产生强烈的不均匀电场,其强化效果优于直线电极。其中开槽管电极的强化效果最好,他将其归因为管网结构而产生的复杂电场,另一方面是在有限的空间内汽泡运动引起扰动较强的原因。此外,试验中发现当线状电极的直径减小时,电场的不均匀性增强,其强化效果也相应增加。
Karayiannis[18]通过调整线状电极与换热面之间的距离改变电场均匀性和对称性,发现偏心布置时强化效果较好。
Damianidis等[19]使用杆状/穿孔板组合电极对水平低肋管束的强化传热进行了试验研究,工质为R114,在热流密度为800 W/m2时,获得最大强化系数为2.5。认为这种电极结构形成的电场分布类似于管外同轴圆管形电极的电场分布,传热表面附近的平均电场强度高于线状和杆状电极,但存在着结构复杂、空间利用率低和流体流动压降较高等缺点。
刘永启[34]利用R123作为试验工质,设计了圆柱中心、圆柱偏心、三角形和扁平形四种电极模型,对电场强化垂直管内的沸腾换热进行了对比性试验,圆柱偏心电极的强化效果最好,其最大强化系数为3.71。
然而到目前为止,电场分布对EHD强化传热的影响规律的研究尚停留在定性分析上,尚无人对此进行深入的、定量的研究,因而就无法确定什么是最优的电场分布,从而也无从确定最佳的电极的结构和布置方式。3446

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