EHD作用下冷态气泡行为的数值模拟及实验研究

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电水动力学(Electrohydrodynamics,简称EHD)是一种主动的强化传热方法与技术手段,其具有效果好、功耗小的特点,具有广阔的应用前景。电场使气泡行为特征和运动规律发生改变,从而改变流场结构可实现传热强化,所以气泡起着核心纽带作用,气泡行为及运动规律等内容的研究,成为电场强化传热技术研究的难点与关键。首先,为探讨电场强化换热机理,本文主要围绕电场作用下的气泡行为进行数值模拟研究。气泡行为主要包括电场参数对气泡形状、大小、变形、脱离周期、脱离直径等参数。本文针对网格电极形成的均匀电场工况下,建立合理的气泡模型,研究了附着于铜板壁面的单个气泡上升的形态、脱离铜板周期,以及气泡行为对于气泡周围的电场分布的影响;通过实验研究了电场强度和孔径对于气泡行为的影响,并对比了数值模拟结果和实验研究结果。数值模拟电场作用下气泡行的结果表明如下。1、电场作用下,气泡脱离周期变短,脱离时刻气泡沿场强方向拉长。2、无气泡存在的条件下,模型内形成均匀电场,气泡的介入,对原均匀电场产生扰动,形成非均匀电场。3、在模型内,气泡内部场强最大,而在气泡赤道外部的场强大于气泡顶部和底部的场强,气泡顶部外法向上的梯度最大。其次,本文对电场作用下的气泡行为进行实验研究,研究结果表明如下。1、气泡在无电场工况下呈球形脱离铜板壁面,随着电压的增大,气泡脱离壁面呈椭圆柱状形态越明显。2、在相同孔径下,场强增大,气泡脱离周期变短,气泡长轴拉长,长径比变大,脱离体积减小。3、根据气泡表面应力的计算表明,气泡的两侧受到压缩力,而气泡的顶部受到拉伸力,当孔径变大时,气泡的受到的力也相应的增大。
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