R113工质作用下电场对气泡的作用(6)
（1）对单相气体的对流传热，当利用EHD强化方法时，其传热系数最大可增加100倍;对凝结传热，其传热系数可增加约6倍;对于核状沸腾传热，其传热系数最大可增加50倍。
（2）设备简单仅需一台电压转换装置及附加的电极。
（3）易于控制热流和温度。在任何传热表面，特别是需要控制局部温度和局部热流的应用场合，只需控制电压就可达到迅速控制热流和温度的目的。
（4）从工质的角度，它不但可应用于气体、油等绝缘流体，而且可应用于弱导电和强导电的流体，特别适用于近几年开始大量使用的CFC替代物。
（5）在实际应用中，流场内电场的总电压相当高(一般在20kV以上)，但电流很小，相对于传热量，其电功耗可忽略不计。
2.3 电场作用下气泡的行为变化
2.3.1 气泡脱离时间
E=U/L,L为计算区域的高度。从图中可以看出,随着电场的升高,气泡的脱离时间显著减小。当施加电场较低时,电场对于脱离时间的影响并不显著;随着电场的升高,脱离时间缩短趋势逐渐明显,脱离时间同电场呈抛物线减小关系。不同电场下的气泡脱离时间的变化。气泡在电场下脱离时间缩短可以通过作用于气泡表面的电应力分布来说明。施加于流体微元上的电场力可以通过Gauss积分写为作用于气液界面上的电应力分布。Chen[13]等根据真实气泡形态计算了电应力在气泡表面的分布。结果显示,位于壁面处的气泡在其两侧受到电应力挤压作用,将气泡向中轴处压缩;而其顶部受到电拉力拉伸作用,使气泡上升。随着电场的增大,向上的电拉力也随之增大,从而造成了气泡的脱离时间随电场的增大而减小。
2.3.2 气泡脱离时刻内部及周围流场
由于电场力的存在,气泡在脱离时刻内部流场同未施加电场下的流场相比,会产生较大变化[14]。电场对气泡内外流动的影响不同。首先分析气泡内部流动。未施加电场时,脱离时气泡形态近似为圆形。在气泡内部形成2个对称的涡,但气流流速较小。当施加电场较低时,流动所受影响不大,气泡内部流速大小和状态变化均不大。但此时涡有一定变形,主要表现为涡顶部向着气泡的中轴突出,这说明在低压下气体运动仍然受到一定的影响。随着电场的升高,占据半个气泡的单涡会逐渐分解个新涡,并且其所占区域逐渐增大,原先位于顶部的涡被进一步压缩。气泡内部气流的流动随着电场升高更为明显,位于一半气泡中的个涡的流速基本相同。其次分析气泡外部流动,可以发现电场的施加对于液相的影响并不显著。分析认为,电场作用下气泡内外流动形态的变化主要是由于施加于流体中的电场力造成。由电场力的表达式可知,电场力中并不包括流体密度的影响,因此,在其他条件相同的情况下,由于气相的密度远远小于液相的密度,造成了气相的惯性力较小,从而气相的流动更易受到施加电场的影响。因此在算例中,液相所受到的电场的影响远远小于气相所受到的影响。
2.3.3 气泡脱离时刻形状
定义气泡的长径长度为a，短径长度为b，长径比α=a/b, 由于电场力的存在,气泡在电场作用下会产生变形作用[14]。气泡长径沿电场方向产生拉伸变形,短径在电场方向被压缩。随着电场的升高，气泡脱离时短径减小,长径增加,从而造成长径比随电场升高而增大。当未施加电场时,气泡脱离时的长径比近似相等(α≈1)。当电场较低时,电场力对气泡形状影响不大;随着电场的升高,气泡脱离时长径和短径的变化加速,进而造成气泡变形量的增大。为了定量研究气泡长径比随电场强度的关系,可以将气泡长径比同Weber数(We)相关联。We定义为εE2r/σ,其中r为气泡的等效半径。通过本文方法计算得出的气泡长径比同电韦伯数的关系。气泡长径比同Weber数基本呈线性增加关系。在其他条件不变的情况下,长径比同电场强度的二次方成正比。因此随着电场强度的增加,气泡长径比随电场强度呈抛物线增长关系。从Weber数[15]的表达式中同样可以看出,气泡等效半径r,气液相间的表面张力系数σ以及气液相对介电常数ε均对Weber数的大小产生影响，从而改变气泡在电场下的行为特征。
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