R134a工质作用下电场对气泡的作用研究+ANSYS模拟(9)
Ogata研究了电场对汽泡大小和形状的影响。不加电场时，汽泡呈球形，直径为1 mm；当施加电压（上电极板施加正直流电压）后，汽泡形状发生变化，沿换热表面做水平运动，汽泡被拉长，底部保持与平板接触，上下振动。振动不久后，汽泡下半部分变小，最终跃离平板进入液体当中。当电压加至24 kV时，被拉长的汽泡最大长度可达3 mm左右，穿过上极板后，这些椭圆形汽泡又恢复为球形。附着于换热面上汽泡的形状是具有一个延伸底面的半椭球形，它的汽液界面受到很大的破坏。随着电压的增大，汽泡直径变小。对于蒸汽泡，其变形规律相似，但其变形幅度小于均热下的汽泡。Ogata对此进行了理论分析,他认为由于过热区的电场强度小于饱和区，作用于汽液界面上的电场力变弱。假设汽泡内等压且体积大小保持不变，汽泡将会被电场力压在饱和流体界面上，中间变长，底部变宽，因此汽泡在过热层被拉长。
Cho在均匀电场的试验中也观测到的类似的现象，并对此进行了数值分析，其数值计算结果与试验中观测到的现象相吻合。此外，还对电场为非均匀时汽泡形状进行了研究。结果发现汽泡变形量还会随电场非均匀性的增加而增大；由于汽泡底部电场力分布的局部更加不均匀，对于变形量比较大的汽泡，其底部会变得更细。对悬浮于液体中的稳态汽泡形状进行数值模拟，得出相同结论，即汽泡会沿电场方向拉长，变为扁长形状，且变形量随场强的增加而增大。并进一步研究了变形的汽泡在电场作用下的脉动情况，其脉动频率随场强的增加而逐渐提高。
2. 汽泡的接触角和表面张力
在核态沸腾中，Rohseno认为在给定的汽泡尺寸的情况下，汽泡生长所需的过热度取决于汽液界面的表面张力。同样，接触角与表面张力有关，其关系为：
(2-17)
式中 、 和 分别为固—液、汽—固、汽—液界面的表面张力。随着电场强度的变化，接触角 和表面张力也会随之发生变化，这可以用来解释电场对工质在低过热度下为何能产生强烈沸腾。
Cho数值模拟了电场作用下汽泡接触角 和表面张力的变化。当接触半径固定不变时， 随电场强度的增加而增加。当 保持不变时，随场强的增加，接触半径减小，引起表面张力的减小。
3. 汽泡的碰撞与破碎
Ogata采用高速摄像仪，记录了均匀电场作用下沸腾过程中蒸汽泡的运动情况，如图1-3所示：初始状态下，换热表面没有汽泡，电场中只有移动的汽泡；接着，电场力的作用下，一个移动的汽泡贴近换热表面沿水平方向作剧烈运动；不久，它破裂成多个小汽泡继续剧烈运动，之后小汽泡的尺寸长大到与母体汽泡一样大时，也会再破裂成许多小汽泡；当换热表面覆盖满汽泡后，由于汽泡周围电场强度变弱，所以电场力不能再将汽泡压制在换热表面上，则汽泡移动到液体中去。
Cheung观察了网状电极管外沸腾时蒸汽泡的运动，观察到与此相似的现象
(a) 换热面没有观察到汽泡(只有移动汽泡) (b) 移动汽泡压在表面，且剧烈扰动
(c) 汽泡运动产生越来越多的新汽泡 (d) 换热面被汽泡覆盖，然后几乎所有的汽泡从表面跃离
图2-1 电场作用下沸腾汽泡运动图
4. 汽泡的上升速度
汽泡跃离以后，通过加速区上升的速度与它的大小和形状有关。上升速度对于所有物质变化很大，就是对于具有恒定热通量且汽泡大小近乎相等的单一物质，也能观测到它的稳态速度相差甚大。电场作用下，汽泡的大小和形状发生改变，因而其上升速度也随之变化。
下一篇：太阳能热水器优化设计+CAD图纸