均匀电场中气泡上升特性的实验研究1)

陈 烁 王 太 苏 硕 谢英柏 刘春涛

(华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定 071003)

引言

强化传热技术在能源动力、石油工程、航空航天、化工等领域具有广泛的应用前景,而利用电场进行强化换热,能够有效减小换热器的体积和重量,提高能源利用效率[1-2].电场强化沸腾换热技术通过电场力控制气泡的生成、脱离、变形与运动[3-5],降低气泡脱离尺寸[6-7],加速气泡脱离频率[8],从而实现换热能力的提高[9-12].为了进一步认识电场强化沸腾换热机理,有必要深入了解外加电场作用下气泡的动力学特性.

气泡在电场中的运动主要包括生成、脱离及上升等.针对外加电场中气泡的生成与脱离过程,研究人员展开了大量实验和模拟研究.实验方面,Peng等[13]对直流均匀电场下的气泡生成开展了实验研究.Herman 和Iacona[14]研究验证了微重力条件下电场对气泡生成的影响作用.Zhang 等[15]对非均匀电场中单气泡的生成过程进行了实验研究,探究了非均匀电场作用下气泡的动力学特性,分析了电邦德数和韦伯数对气泡行为的影响.杨世杰等[16]探究了非均匀电场下的气泡生长过程,实验结果表明电场能够显著地促进气泡的脱离,电场作用下气泡的脱离频率、脱离体积以及脱离后的初始速度都受到显著影响.另外,研究人员对气泡生成及脱离过程也进行了数值模拟研究.Cho 等[17]对圆柱台上的气泡生成过程进行数值模拟,得出了伸长率与电场强度之间的关系.Zu 和Yan[18]对电场中……