苯工质作用下电场对气泡的作用(3)
1.2 EHD强化沸腾换热技术的发展历程 早在二十世纪初，国外学者开始了有关 EHD 强化传热方面的研究，发展至今已经获得了很多成果，但大部分集中在英、美、日等经济发达国家，加拿大、韩国、法国、澳大利亚和阿根廷也有少量的研究报道。而国内对该领域的研究起步较晚，只是在进入九十年代后才开始从事此方面的研究，且具备一定研究基础的课题组很少。 1916年，英国学者 Chubb 发现EHD能强化沸腾换热，使锅炉产生的蒸汽量为由 107 kg / h·m2提高到 366 kg / h·m2，其强化效果可达 3.4倍左右，并申请了专利。之后的近二十年，未见相关报导。1936年，Stenftleben 发现电场可以强化气体的自然对流，但由于当时对节能的需求并不十分迫切，世界各国对强化传热的研究还未足够重视，所以上述EHD强化传热现象一直没有引起人们的关注。直至二十世纪 50年代初，Kronig于试验中证实了电场可增加绝缘的电介质液体的对流换热系数。至此，对 EHD 强化传热技术的系统研究才刚刚开始。 50至70年代中期，EHD强化传热研究多数集中在单相对流换热方面，包括对单相气体和液体的研究。对于气体，主要研究了水平或垂直放置的平板和管内的强化换热，采用的电极形式为针状或线状电极，工质多数为空气，也有少数学者对氮气、二氧化碳及惰性气体进行了研究。研究结果表明，不同试验条件下，其强化换热系数可达 2~12，并对其强化原因给出如下解释：在强电场作用下，电极附近的气体分子发生电离，大量离子运动产生的电晕风对平板或管壁附近的气体运动产生很大的扰动，从而加强了壁面和气体之间的对流换热。Velcoff于试验中发现，只有当电场强度超过一定的限度，同时使得产生的电晕风速率与空气速率为同一量级时，才会发生明显的强化作用。因此，对于较高风速就需要很强的电场，这将引起附属设备的复杂化。对于单相液体，工质多数为电介质，如变压器油等，其强化换热系数可达 1~8.4。
早期的研究多以试验观测和现象描述为主，Schmidt 通过对试验现象的观测，指出电对流是强化单相液体换热的主要原因。发展至60年代，一些学者对单相液体强化换热机理进行更深层次的研究，并得出了一系列重要的结论。1962年，Bonjour对Ahsmann 提出的电影响参数作进一步修正，其结果与试验数据吻合得较好。此外，提出了流体电导率分布不均匀所产生的自由电荷的电泳力会影响换热，并首次对电荷松驰时间进行分析。之后的数年中，有越来越多的学者做了大量的试验研究及理论分析工作。尤其是 Turnbull 于68、69年期间发表了近 9篇文章，对电场引起的电对流现象进行了较全面的分析，他指出直流电场作用下，自由电荷所引起的电泳力对换热的强化起主导作用，提出了新的电影响参数表达式，对 EHD强化单相对流换热的研究作出了很大贡献。这期间，也有一些学者做了有关熔解、凝固和升华、凝结等方面的研究，但成果颇为有限。 与此同时，学者们开始了有关 EHD强化沸腾换热的研究。首次 EHD强化池沸腾的定量结果于1960年发表，是由法国学者 Bochirol 等人共同完成。研究观察到的主要现象为：核态沸腾的汽化核心数目减少；膜态沸腾的蒸汽膜不稳定；核态沸腾到膜态沸腾的之间的过渡沸腾过程消失。且采用了不同工质，其强化效果有所差异，由高到低依次为半导体（如纯水，丙酮等）、极性电介质、非极性电介质，其中半导体所需电压较低，该工作推动了 EHD 强化沸腾换热的进一步展开。在此后的二十多年间，EHD 强化沸腾换热的研究逐渐活跃起来，且多偏重于考察核态沸腾到膜态沸腾的转变源Y自Z优尔W.论~文'网·www.youerw.com。这一阶段做了大量的考察性试验，并对其传热效果进行了定性分析，尽管许多试验都是零散的，但对探讨 EHD 强化沸腾换热的影响规律奠定了基础。研究结果表明，电场可以使核态沸腾延迟发生，但对充分发展的池内核沸腾却没有明显的影响。此外，电场可极大地提高临界热流密度，还有利于减少和消除有机介质的沸腾热滞后现象。 在经历了上述二十多年的发展之后，从 80 年代中期开始，EHD 强化沸腾传热进入新的发展阶段。90 年代，随着新能源开发中对小温差传热的要求，EHD 强化沸腾传热的研究得到了高度的重视和迅猛的发展。近些年来发表的EHD强化沸腾传热论文占1916年来所发表的相关论文总数的 70%以上。国内也于 90 年代中期，在上海理工大学和上海交通大学等单位也开始了此方面的研究工作。