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EHD 强化换热

EHD 强化换热. —党相兵. EHD 强化换热. EHD(Electrohydrodynamic) 强化换热 ： 在换热表面附近施加一电场，利用电场、流场和温度场之间的相互作用达到 强化换热效果的新型传热强化技术。. EHD 强化换热机理.

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EHD 强化换热

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Presentation Transcript

  1. EHD强化换热 —党相兵

  2. EHD强化换热 • EHD(Electrohydrodynamic)强化换热： • 在换热表面附近施加一电场，利用电场、流场和温度场之间的相互作用达到强化换热效果的新型传热强化技术。

  3. EHD强化换热机理 • EHD强化换热中,流体在电场中包含带电粒子、极性分子、非极性分子以及汽液界面等。这些组分在电场中的受力情况各不相同,受力以后产生的运动又相互作用,电场影响流场,流体中的温度梯度使流体的导电系数发生变化,从而产生空间电荷；温度场影响了电场,同时空间电荷在电场中的运动又影响了流场。因此,EHD强化换热的机理非常复杂。目前的研究认为电场对汽泡的力是沸腾强化换热的主要因素,该力使汽泡产生变形破碎粘合等运动,对边界层产生扰动是换热得到强化的最直接的原因。

  4. EHD强化换热研究 • 据电磁学理论，电场中的流体所受的电场力Fe为： ：库伦力或电泳力，取决于自由电荷的极性和电场方向 ：介电电泳力，产生于汽相和液相间的介电常数的差别 ：电致伸缩力

  5. EHD强化换热研究 • 在两相传热中,即沸腾和凝结中,EHD对传热的强化作用主要是由电场对汽泡的力和作用于汽液界面上的力等因素单独或综合影响的结果。 • 在EHD池沸腾过程中,除了电场力外,汽泡还受表面张力FS和浮升力FB的作用,而其他的力如接触压力提升力和不稳定生长力(对对称汽泡而言)都可以忽略。FS、FB和Fe合力的大小决定液体区域内汽泡的轨迹。

  6. EHD强化换热研究 • EHD力对汽液界面的作用： • EHD力对汽泡层产生扰动,使膜态沸腾向核态沸腾转化。总的来说,由电场产生的扰动导致了传热表面换热热阻的减小,从而使得换热系数得到数倍的提高。 • a 由于Maxwell应力的作用导致加热表面蒸汽汽泡的运动,蒸汽汽泡被压在换热表面上,增加了汽泡表面与换热面接触的薄膜面积； • b 在非均匀电场中,电场力对汽泡的作用并不一定垂直指向管壁,因此电场对汽泡有横向作用,即电场力也使汽泡作横向运动,破坏热边界层,减小了热边界层的厚度和热阻；

  7. EHD强化换热研究 • c 汽泡由于受到电场力的作用而产生加速运动,引起了汽泡周围边界层液体的扰动,促进液体的混合与热交换,从而提高了换热系数； • d 电荷的存在导致表面张力的减小,改善了加热表面的湿润性； • e 在电场对汽泡产生拉伸作用和电磁场的作用下汽泡被拉长,这不仅增加了过热水层对汽泡的传热面积,使汽泡的成长加快,而且由于汽泡与加热面接触面积减小而使边界角也随之减小,它将导致汽泡脱离半径减小。汽泡成长速度的加快和脱离半径变小都将增大汽泡的脱离频率,紊流增强,从而增加核态沸腾换热系数；

  8. EHD强化换热研究 f 具有较高介电常数值的流体将朝着最高场强区域流动,由于气体的介电常数总是比液体的小,所以在液体池沸腾(忽略重力)中,汽泡将朝着低场强区域移动。汽泡在电场中所受介电电泳力指向换热表面,该力使得汽泡受压而紧贴换热面,在换热表面上振动,导致汽泡脱离直径减小且汽泡数目增多而产生强化换热。

  9. EHD强化换热影响因素 • 管外EHD强化沸腾换热的研究 • a 电场对EHD强化沸腾换热的影响：对EHD强化沸腾换热具有决定性的作用。当电压小于一定值时,几乎不起强化作用,而随着电压的增高,换热系数几乎呈指数函数上升。但是受具体的实验材料以及使用工质性能的限制,施加的电压有特定的范围。 • b 电极结构对EHD强化沸腾传热的影响：在不同的电极布置方式中, 高电场强度并不一定就带来高强化系数。 • c 换热表面的类型对EHD强化换热的影响：Papar、Singh和Kumar实 验验证翅片管优于光管，翅片数越多，换热效果越明显。这是由于内

  10. EHD强化换热影响因素 • 肋片管产生电场的不均匀性而导致EHD换热的增强导致的。 • d 不同工质对EHD强化换热的影响：黄烜对R123 及R11作了对比试验, 在相同试验条件下,R123的强化系数达29.3,而R11的强化系数仅为3.7。R123的EHD强化换热效果比R11好的原因是R123的电荷松弛时间比R11的小,所以R123有较好的强化换热效果。 • 此外，EHD 能减少制冷剂掺润滑油混合物中的泡沫, 在相同的电压 热流密度小掺油比下, EHD沸腾换热系数随着润滑油浓度的增加而降低, EHD能量消耗也随着含油量的提高而提高。

  11. EHD强化换热影响因素 • 管内EHD强化沸腾换热的研究 • a Singh研究表明： 在低热流密度和小质量流量下有较大的强化系数. 随着质量流量的提高,EHD 传热强化率下降;在低干度和小质量流量下,也有较大的强化系数。质量流量为常数而入口干度变化时,在很大干度范围内换热系数可提高3倍,入口干度小的强化效果好；在一定的质量流量下,换热系数随着电压的增加而增加。

  12. EHD强化换热影响因素 • b Yabe等人研究了R123 R134a非共沸混合物在管内的EHD强化沸腾。研究表明,在一定的质量流量下,换热系数随着电压的增加而增加, 工 质流型从层流变为环状流。 • c 安恩科等对管内EHD强化换热进行了研究,采取沸腾管垂直布置冷凝管水平布置的方式,电极同心安装。试验结果表明：低热流密度比高热流密度强化效果好,热流密度相同时,随着电场电压的增加,管内沸腾传热的换热系数也随之增大, 即强化系数随着电压的增大而增大。

  13. 总结 • 从基础研究上讲,其实验研究并未真正揭示EHD强化沸腾换热的机理；从应用研究来讲,到目前为止,EHD 强化换热技术尚未真正投入工程实际应用

  14. Thank you！

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