上海理火学学报电场中气泡在换热面上的变形及对沸腾换热影响刘永启2，李瑞阳郁鸿凌王发刚21.上海理工大学动力工程学院。上海200，仪2.山东理工大学交通与车辆工程学院淄博255，12响0616也，1办，4腿8强化沸腾换热的机理。电场分布决定了气泡在电场力作用下的砂多厅尤如果换热面的电场强度高千局围狄体或电极的电场，度则包受拉伸作，反之，气泡受压制作用。热边界层的存在会减小电场力对气泡的拉伸作用，增强电场力对气泡的压制作，但会改变气泡的变形方足1泡在换热丧面。无论是波拉仲还4被压1都能使沸腾换热得到强化，但两者的强化换热机理不同。 基金项目国家重点基础研究发展规划973项目02000026302；上海市基础研究重点项目020了14049由传统的沸腾理论可知。气泡在换热面上定性的作用。在强化沸腾换热中。强化效果同样也取决于电场对气泡的形成成长跃离和运动的影响规律。因此。众多学者对此进行了大量沸腾换热的复杂性以及试验条件的差异。学者之间所得的结论也存在差异。甚至有些结论之间还存在着相互矛盾之处12.文献3，6通过试验研究认为。换热面上气泡受到电场力的拉伸作用。 加速了气泡从换热面上的跃离。有利于强化系数的提高。使换热得到强化。他们的观点和分析与传统的沸腾理论是相符合的。然而。瓜3和Xu7Ogata和Yabes等学者在试验研究EHD强化沸腾换热时发现。气泡在电场力的作用下被压向换热面。并在换热面上伸展。按照传统明，电场的作用使沸腾换热大大强化。 种气泡变形对强化沸腾换热影响的机理。为以后的研究提供定的基础。 1电场对气泡的作用力2气泡在换热面上的变形规律电场力对换热面上的气泡是产生拉伸作用还是产生压制作用。取决于电场分布。如果换热制作用。下面作具体的分析。 2.1气泡受电场的拉伸作用电极系统1为换热面电场强度高于电极面电场强度的电极结构。1.13为采用圆管电极强化电加热丝面沸腾换热。此为采用网状电极强化管外沸腾换热+对于这两种电极结构。电场强度在换热面上*高。并随着半径位于换热面上的气泡受到介电电泳力的拉伸作用。气泡形状产生变形。沿着电场的方向伸长。施加的电压越高。电场力就越大。拉伸作用就越强。 变形也越大。 根据电磁学理论。单位体积流体所受的电场力可以为9电场强度介电常数p流体的密度电泳力。第项为电致伸缩力。 对于沸腾换热。电场对气泡的作用力主要是介电电泳力。假设在介电常数为的工质中有介电常数为半径为的气泡。则作用在气泡上由于因此。介电电泳力的方向为电场强度降低的方向。即气泡在介电电泳力的作用下，1电极系统1意2.2气泡受电场的压制作用电极系统2为换热面电场强度低于电极面电场强度的电极结构。2.为采用中心电极强化管内沸腾换热。215为采用杆状或线状电极强化管外沸腾换热。由于这两种电极系统的电极半径远远小于换热面的外径。因此。 电极面的电场强度要远远高于换热面的电场电极向电场强度降低的方向运动。 强度。根据式2，换热面上的气泡被介电电泳力压制在换热面上，气泡变形，沿着换热面伸展。 2.3热边界层对气泡变形的影响当换热面加热时，电导率随热边界层内温度变化而产生的电荷密度为在多数的0强化沸腾换热装置中，电极般施加正高压电，换热面接地形成压回路。 根据式3，当电极施加正高压电时，将在热边界层内产生负电荷产生的负电荷降低了热边界层内场强度升高，并保持平均电场强度不变。对于1的两种电极系统，热边界层的存在使得换热气泡的拉伸作用。对于2的两种电极系统，热边界层的存在进步降低了换热面的电场强度，增强了介电电泳力对气泡的压制作用。 热边界层虽然对气泡变形有定的影响，但不足以改变气泡变形的方式。 3气泡变形影响沸腾换热的机理换热面上的气泡无论是受电场力的拉伸作用还是被电场力压制在换热面上，都是有利于强化换热的，但是两者强化换热的机理有所不同。 3.1拉伸及压制作用强化沸腾换热的机理电场对气泡的拉伸作用有利于强化换热的机理很容易理解气泡在电场力的拉伸作用下，容易克服面张力而从换热面上跃离，气泡跃离直径减小，气泡跃离频率增加，使换热强化，3；气泡在跃离的瞬间受电场力的作用加速运动，对热边界层的扰动作用增强，进步强化了换热。 下的变形意。气泡在电场力的压制下，沿着换热面伸展，增加了气泡底部液体蒸发微层与换热面之间的接触面积，同时也增加了单位体积气泡的面积以及气泡在热边界层中的比例，使气泡成长速度加快。更重要的是，由于作用在气泡上的电场力和浮力等的合力方向般不垂直于换热面，气泡在合力的作用下沿着换热面作横向滑移运动，破坏了热边界层，降低了热阻。 气泡在沿着换热面横向滑移的过程中会分离成小气泡，数量增加。上述因素都使换热得到强化。 0泡被压制3气泡变形对沸腾换热影响意Fig.3Schematicdiagramofboiling 3.2电场强化垂直管内沸腾换热试验结果内23沸腾换热的试验结果，试验装置的具体结构文献12.由试验曲线可知，当电场强度低于800kVm时，强化系数￠随着电场强度的增加而明显增大当电场强度高于8001后，强化系数增加变得平缓；当电场强度为1333kVm时强化系数达到*大值，1.5kVm2和3kWm2热流密度的*大强化系数分别为2.1和1.7；再增加电场强度，强化系数则会逐渐降低。 该试验结果明，对于0强化垂直管内沸腾换热，存在着*佳的电场强度。原因解释如下气泡在换热面上的成长过程中，受电场力的挤压作用而变形，加快了气泡的成长速度；气泡长大以后，在电场力和浮力的综合作用下沿着换热面向上滑移段距离，增强了对热边界层的扰动。 因此，当电场强度较低时，强化系数随着电场强度力导致气泡变形过大或气泡不能从换热面上跃离，气泡底部的液体蒸发后得不到充分补充，热阻增加，强化效果反而下降。 以上分析可5电场力对换热面上气泡的压制作用能够强化沸腾换热的主要原因，是由于气泡变形加快了成长速度。并且气泡能够在电场力和浮力等的合力作用下沿着换热面作滑移运动。而电场力对气泡的压制作用有利于强化换热是有定适用范围的。就是电场力不要阻碍气泡底部液体蒸发后的补充。更不要阻碍气泡从换热否则会造成换热性能的下降。从这点上说。它与传统的沸腾换热理论是不矛盾的。 4结论响0强化沸腾换热的机理。取得如下结论电场分布决定了换热面上的气泡在电场力作用下的变形方式。如果换热面的电场强度高于周围液体或电极的电场强度。则气泡受拉伸作用反之。气泡受压制作用。 1热边界层的存在会减小电场力对气泡的拉伸作用。增强电场力对气泡的压制作用。但不会改变气泡的变形方式。 气泡在换热面上无论是被电场力拉伸还是被电场力压制。都能使沸腾换热得到强化。但两者的强化换热机理不同+前者强化沸腾换热的主要机理，是气泡在电场力的拉伸作用下容易克服面张力而从换热面上跃离。气泡跃离直径减小。气泡跃离频率增加后者强化沸腾换热的主要机理。是由于气泡变形加快了成长速度。并且气泡能够在电场力和浮力等的合力作用下沿着换热利于强化换热是有定适用范围的。就是电场力不要阻碍气泡底部液体蒸发后的补充，否则会造成换热性能的下降。 1董超。黄，李瑞阳等。50强化沸腾换热研究的进展与现状1机理和理论研究。了。1海观1大陈玉明，刘振华。0强化大空间光滑管外核沸腾换热试验研究。1.1海交通大学学报。，7.32刘永启。电极形状对强化管内沸腾换热的影响规律上海上海理工大学，23.