R134a工质作用下电场对气泡的作用研究+ANSYS模拟(19)
图4-4 不同电压下多个气泡部分脱离时周围电势分布
4.3.2工质对气泡周围电场分布的影响
在数值模拟中，采用的是铜网——平板均匀电场，故用以上的均匀电场下的数理模型，采用ANSYS软件的求解方法，得到同种工质下，不同电压的情况下，气泡周围电势分布的数值解。
在外事电场U0分别为15kv,20kv,25kv的情况下，采用R134a工质时，半径R=5mm的单个及多个气泡周围的电场分布情况如图4-5至图4-8所示。
a) 15kv下单个附壁气泡周围场强分布
(b) 20kv 下单个附壁气泡周围场强分布
25kv 下单个附壁气泡周围电场分布
图4-5 不同电压下单个附壁气泡周围电场分布
(a) 15kv 下单个气泡脱离时周围电场分布
(b) 20kv 下单个气泡脱离时周围电场分布
(c) 25kv 下单个气泡脱离时周围电场分布
图4-6 不同电压下单个气泡脱离时周围电场分布
(a) 15kv 下多个气泡附壁时周围电场分布
(b) 20kv 下多个气泡附壁时周围电场分布
(c) 25kv 下多个气泡附壁时周围电场分布
图4-7 不同电压下多个气泡附壁时周围电场分布
(a) 15kv 下多个气泡部分脱离时周围电场分布
(b) 20kv 下多个气泡部分脱离时周围电场分布
(c) 25kv 下多个气泡部分脱离时周围电场分布
图4-8 不同电压下多个气泡部分脱离时周围电场分布
从电场而言，如图4-5所示，汽泡附近电场均发生很大变化，不再是一均匀电场。其变化趋势为汽泡两侧的场强增加，靠近汽泡顶部以及与壁面接触的底部附近，场强降低。在沿球面顶部外法线方向，场强梯度达到最大。且随着外加电压的增加，这种趋势也越明显。在汽泡内部，电场不为零，其内部场强变强。这主要由于液体工质的介电常数均大于汽泡。当汽泡上升至两极板中间时，电场分布如图4-6所示, 此时由于汽泡表面上的正、负极化电荷均匀地分布在两个半球面上，汽泡周围电场呈球形对称分布，汽泡内已成为一种完全均匀的电场，内部场强大于外部场强。
当壁面附着多个气泡时，电场分布情况如图4-7所示，通过与图4-5进行比较，分析它们的最大值和最小值，由于气泡间的作用力，发现多个气泡的场强相比与单个气泡时有所升高。对同在25kv的作用下，多个气泡的场强最高增至0.577Mv/m,高于单个气泡附着于壁面时的0.321Mv/m。此外，汽泡内部场强和顶部的场强梯度也明显增大。这种结果将导致该汽泡所受的电场应力增加，进而影响到周围电场分布及汽泡运动。
当生成的气泡数目增多时，此时除了附着于壁面的气泡外，还有大量气泡会脱离壁面，上升到饱和液体区。这时气泡周围电场分布如图4-8所示，与图4-7比较，发现其中间附壁气泡的场强明显比单层时弱，且气泡两侧的场强降低，顶部的场强梯度也相应变弱。这里只考虑有两层气泡出现，以此预测当有大量气泡层生成时，电场变弱，此时电场对气泡的作用也相应变弱。
由以上分析可以看出，电场的大小和汽泡的分布以及数量会影响到汽泡周围电势和电场强度大小和分布，汽泡周围电势和电场强度随电场增加而增加，当有大量汽泡生成并有部分汽泡脱离壁面时，电场变弱，此时电场对汽泡的作用也相应变弱。因而在EHD强化沸腾换热中，选择合适的电场大小和工质对EHD强化换热有着很大的影响。
5 结论
从 EHD 的发展历程上看, EHD 技术越来越得到重视. 早在 1916 年人们就发现 EHD 对传热有强化效果, 但对 EHD 强化换热的定量分析研究是从 60 年代才开始的. 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; 80 年代以后, EHD技术得到迅速发展,该期间发表的论文占了总数的 70%. 从研究目的上来看,对 EHD 强化沸腾传热的研究经历了初始的仅考察其传热效果到揭示其机理和理论研究的过程; 从研究方法和手段上看,其研究由当初的考察性试验 定性分析转到了试验与理论分析相结合,而且发展到采用数值求解。
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