R134a工质作用下电场对气泡的作用研究+ANSYS模拟(5)
(3) 电场分布对沸腾传热的影响
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。
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。
1.3.2 工质性质对EHD强化沸腾换热的影响
工质组分对EHD强化传热的影响很大,由于工质之间除热物性有差别外,其电参数也存在较大的差别,如介电常数、电荷松弛时间等,此外,不同工质分子的极性也不尽相同,因而外加电场对传热性能的影响也各不相同。特别是对混合工质,不同性质的工质混合,除呈现简单的各组分单工质特性的迭加以外,还存在介电常数的空间变化等等特性,使外加电场的影响更为复杂。
从总体上看,添加R134a会使强化系数提高,但是在一定的热流密度下,获得最好EHD强化效果的工质组分不一定是R134a含量最高的工质,如在2kw/m“的热流密度下,混合比为1.4%的工质强化效果最好,最大强化系数为6.69,而混合比为2.0%的工质试验中所得的最大强化系数为5.82。热流密度为6kw/m“时,本试验采用工质的组分变化几乎对强化系数的提高无影响。高热流密度的条件下,无电场时沸腾就很强烈,这削弱了EHD对换热的强化效果,同时也削弱了工质的组分不同所带来的强化效果的差异。
1.3.3 热流密度对EHD强化沸腾换热的影响
图2 不同工质换热系数与电压关系
图3 不同工质强化系数与电压的关系
由图2、3可以看出,在管束外沸腾传热EHD强化试验中,低热流密度时EHD强化沸腾传热的效果比较好,高热流密度时的强化效果不明显。在管束外沸腾传热EHD强化试验中,热流密度低于4kw/m时(总换热量为0.88kw),管束上沸腾现象不明显,气泡的数目较少,运动速度较慢,EHD的强化作用显著;随着热流密度增大,换热量增多,整个管束上出现均匀汽泡,汽泡的数目较多且运动速度也较快,换热效果本来就好,EHD的作用相比起来不显著。
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