R134a工质作用下电场对气泡的作用研究+ANSYS模拟(10)
Danti和Marco采用高速摄影光学系统对此进行了研究，发现汽泡的上升速度随着电压的增加而增大。当电压超过10 kV时，速度出现峰值，当电压达到18 kV时，其上升速度约为0.22 m/s。在同一电压下，当汽泡距换热面垂直距离为0~2 mm时，汽泡做加速运动，然后随着汽泡距换热面垂直距离的增加，汽泡上升速度逐渐变小，当距离超过3 mm时，上升速度趋于不变。此外，Marco还研究了在微重力场情况下汽泡的上升速度，此时同样存在峰值，但稍低于有重力场情况，这表明浮力在汽泡上升过程中起主要作用。随着汽泡距换热面距离的增加，汽泡最终上升速度降到零。
Kweon采用线—板电极结构，在试验中观测到同样的现象。随着电压的增加，汽泡的上升速度逐渐增大，当电压升至20 kV时，汽泡上升速度约为无电场情况下的5倍。汽泡在加热丝附近的速度要高于汽泡上升到主流区的速度。通过试验中拍摄的图片观察到沿加热丝底部向下跃离的汽泡会滞留在距加热丝一定的高度范围内，且该距离随着电压的增加而增加。这一现象表明：在这一区域，汽泡受的合力为零。
2.4 电场对气泡动力学特性的影响
汽泡动力学是近几十年以来逐步发展起来的一个分支学科，它主要研究汽泡生长和跃离的规律和条件。研究汽泡动力学，对于弄清核态沸腾换热的机理具有重要意义。现有的核态池沸腾换热机理模型都是从研究单个汽泡的形成、生长和跃离以及伴随这一动力过程的瞬态换热现象着手的，而且这些机理模型均包含着表征汽泡动力过程的主要参数：汽泡的跃离直径和跃离频率。在EHD强化沸腾换热过程中，汽泡的行为不仅是一种两相之间的传热、传质行为，还涉及其电力学特性，其数学描述是相当困难的。加之汽—液界面具有的不确定性，汽泡形状、长大、破裂和上升运动过程中的随机性成分，使得该方面的研究成果十分有限，汽泡跃离直径及跃离频率的预测至今还没有取得令人满意的结果，到目前为止，多数限于试验观察阶段，只有Marco、Kweon和Pascual给出了一些数据统计结果。
1. 汽泡的跃离直径
汽泡在加热面上成长到一定大小后，在各种力的作用下将从加热面上跃离进入液体中。由于汽泡跃离直径与沸腾换热的强度有着密切的关系，而且汽泡跃离直径又是沸腾换热机理模型的关键参数，因此汽泡跃离直径的计算一直是汽泡动力学研究的一个主要问题。大部分研究者从分析气泡跃离时的气泡受力建立所谓的气泡跃离判据来计算气泡跃离直径，例如，Fritz认为气泡与壁面跃离时作用在气泡上的表面张力和浮升力相平衡，由此得到了著名的Fritz公式：
(2-18)
式中 是接触角θ的函数。上式是最早提出的有关汽泡跃离直径计算式，至今仍在使用，其预测值与常压下的试验数据基本相符。
外加电场作用下，汽泡由于受到电场力的作用，其跃离直径会发生变化。Baboi对苯的EHD池沸腾强化进行了定量研究。他认为在这种情况下汽泡上的电场力主要为介电电泳力，在考虑了汽泡所受的表面张力，浮力和介电电泳力的稳定平衡下，推导出电场中汽泡的跃离直径为：
(2-19)
式中Ne为电影响参数，其表达形式为：
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