电场作用下气泡内外的速度场分析
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内外 的速度场进行 了比较。结果 表明， 无电场作用 时， 来流速度 只能使 气泡 内部形成两个球 涡， 而作用 电场后 即使 无来 流， 气泡 内部 的流体运 动仍然加剧 ， 以形成四个球涡。这表 明外 电场作用也有利于加剧气泡 内部 可 流体 的运动 ， 从而有助 于核态沸腾换热过程中气泡底部微液层液体的蒸发。
内部和外部 的流体都将产生一定的运动 ， 计算气
泡 内外速 度 Biblioteka 示 意 图见图 １ 外 加 电场 后 ， 气泡 内外 由于电场作 用将 引 起
一
定 的 电对 流运 动 。 设 电场作 用下 的气 泡 作极 假
慢 运 动 （ Ｒ 《 １ ， 根据 Ｓｏｅ 的蠕动 流近 似 即 ）则 ｔｋｓ 假 设 ［ 可 忽 略动 量方 程 中 的惯 性力 项来计 算 流 １ ， 体 运 动 的速 度 分 布 。 气 泡半 径 为 Ｒ， 泡 外 液 设 气
固定 方 向上 的速度 值 大小 ， 且计 算 了法 向和 并
本 文 从 电场 影响气 泡 内外 的流场 出发 ， 小 在
切 向电场力对 气泡 变形产 生 的影 响 。
雷诺数 蠕 动 流假设 基 础上 ， 算 了单气 泡 内部和 计 外部 的速 度场 变 化值 大小 ， 且 同无 电场 作 用但 并 由于具 有来 流速度 而使单气 泡 内外 形成流 动 的速 度 场分 布进行 了 比较 。 果表 明， 电场作 用下 ， 结 外 气 泡 内形 成 了 四个球 涡 ， 比来 流对 气泡 内流动 这 的影 响还 要 大 。 因此 外 电场作 用 有利 于气 泡 内流
体运 动 的加 剧 ， 从而 有 助 于核态 沸腾 换热 过 程 中 气泡底 部微 液层液 体 的蒸 发 。
术 引起 了科 研 人 员 和工 程技 术人 员 的广 泛 兴趣 。
１１ ９ ６年 Ｃ ｕ ｂ１首 次实 验 得 出水 的蒸 发 速 率 在 ｈｂ［ ］ 高压 电场作 用 下可提 高三倍 。 自此以来 ， 内外 学 国 者对 于 电场 强 化沸腾 换热进 行 了大量 的实验研 究 和理 论计算 。９８年 Ｋ ｒｙａ ｎｓ２利 用 ２ｋ 的 １９ ａａｉｎ ｉＬ ５Ｖ
一
两相 流动 和相变 换热广 泛存在 于化工 生产 过
程 中 ， 中尤 以沸腾 换热 因其 换热 温差小 ， 其 换热 系 数 大的特 点 受 到 了化 工业 的重视 。 加 电场 强 化 外 沸腾 换热 效 果 显著 而 利用 电场 强化沸 腾 换热 从
（ ＨＤ： ｌｃｒ ｙ ｒｄ ｎ ｍｉ ｎ ａ ｃｍｅ ｔ Ｅ ｅｅｔｏ ｈ ｄｏ ｙ ａ ｃ ｅ ｈ ｎ ｅ ｎ）技 ｓ
１ 气 泡 内外 速 度场 的 计算 模 型
外 电场对气 泡 内流动的影 响可 以等 效为来 流 对气 泡 内流动 的影 响 ， 于无 电场作用下 的气 泡 ， 对 如果 在无 穷远处 具有 来流速 度为 【 则 位于气 泡 ， ，
值。 在实 验数 据 积累 的基 础上 ， 研究者 们对 于电场 强 化沸 腾换 热 的机 理也 展开 了各方 面的研究 和探 索 。 ｗｅｎ等 、 ａｃａ 等 ］Ｍａａ ｎａ Ｋ ｏ Ｐ ｓｕ ｌ 、 ｄｄ ｉ［ 究 研 电场作 用 下 沸腾 换 热 的气 泡 群行 为 ， 结果 表 明外 加 电场 对 沸腾 换 热 的气 泡 产 生频 率 、 气泡 脱 离 直 径和气 泡 的成 核点 密 度产 生 了 明显 的影 响 ； 就单 气泡 而言 ， ｒ ｎ等［９对 电场 作用于微重 Ｈｅｍａ ８］ ＿
直 流 电压对 Ｒ１ ３和 Ｒｌ ２ ｌ进行 了沸腾 换热 的实 验
研究， 结果 表 明 电场作用 可将 Ｒ１ ３ ２ 的沸 腾换热 系
数 提高 ９ ３ ；０１年 Ｚｇ ｄ ｕ ｉ ３在 外加 电 ． 倍 ２０ ａｈ ｏ ｄ 等［ ］
场 的条件 下 对 Ｒ１ ３Ｒｌ ３和 正戊 烷 的核 态 沸 腾 ２、 １ 换 热进行 研究 表 明 ， 电场 作用 抑制沸腾 迟滞发 生 ， 并 且提 高了核 态沸 腾换热 区域 内的临界热 流密度
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ ．０６
文章编号 ：１ ７－０ ７ ２ ０ ）２０ ３—５ ６ ］８ ９ （０ ６０ —１ ９０
电场作用下气泡 内外 的速度场分析
陈 凤 ， 宋 耀 祖 ， 陈 民
（清华 大 学 航 天 航 空 学 院 ，北 京 １０ ８ ０ ０ ４）
摘要 ：在蠕动流假设的基础上计算 了电场作用下气泡 内外的速度场分布， 并与无电场作用但有来流时气泡
收 藕 日期 ２ ０ —２ｌ ； 修 回 日期 ２ｏ －５１ ． ０ ５１ 一１ ｏ ６ｏ ８ 基 金 项 目 ：国 家 重 点 基 础 研究 发 展 规 划 项 目（ ０ ０ ２ ３Ｉ ． Ｇ２ ０ ０ ６Ｏ ） 作 者 简 介 ：胨 Ｊ （ ９ ０） ｉ １ ７一 ，女 ，博 士生 ，主要 研 究 方 向 为 电场 作 用 下 的 强 化 传热 ． ￣
关键词 ：两 相流 ；电场 强化 ；气 泡运 动 ；速度场 中图分 类 号 ： ＴＫ１ ４ ２ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引
言
力下 的空 气气 泡 进行 研 究表 明 ， 电场 影 响 了气 泡 的变 形 和运 动 ；ａ ｈ ｏ ｄ 等［ Ｚ ｇ ｄ ｕ ｉ １ 析了气 泡 外某 叼分
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第 ５卷第 ２期 ２ ０ 年 ６月 ０６
热 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅ ｍａ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＴｈ ｒ ｌ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｓ
Ｖｏ ． ． Ｉ ５ Ｎｏ ２
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热 科 学 与 技 术
第５ 卷
体 的径 向速 度和 切 向速 度分 别 为 ｔ 和 ・气泡 内 ； 蒸汽 的径 向速度 和切 向速 度分 别 为 和 ， 计 则 算气 泡 内外 速度 的示 意 图见 图 ２ 在 图 １２中的粗 、 实线 圆表示 气 泡界 面 ， 细实 线 圆表 示 计算 气泡 内
内部和外部 的流体都将产生一定的运动 ， 计算气
泡 内外速 度 Biblioteka 示 意 图见图 １ 外 加 电场 后 ， 气泡 内外 由于电场作 用将 引 起
一
定 的 电对 流运 动 。 设 电场作 用下 的气 泡 作极 假
慢 运 动 （ Ｒ 《 １ ， 根据 Ｓｏｅ 的蠕动 流近 似 即 ）则 ｔｋｓ 假 设 ［ 可 忽 略动 量方 程 中 的惯 性力 项来计 算 流 １ ， 体 运 动 的速 度 分 布 。 气 泡半 径 为 Ｒ， 泡 外 液 设 气
固定 方 向上 的速度 值 大小 ， 且计 算 了法 向和 并
本 文 从 电场 影响气 泡 内外 的流场 出发 ， 小 在
切 向电场力对 气泡 变形产 生 的影 响 。
雷诺数 蠕 动 流假设 基 础上 ， 算 了单气 泡 内部和 计 外部 的速 度场 变 化值 大小 ， 且 同无 电场 作 用但 并 由于具 有来 流速度 而使单气 泡 内外 形成流 动 的速 度 场分 布进行 了 比较 。 果表 明， 电场作 用下 ， 结 外 气 泡 内形 成 了 四个球 涡 ， 比来 流对 气泡 内流动 这 的影 响还 要 大 。 因此 外 电场作 用 有利 于气 泡 内流
体运 动 的加 剧 ， 从而 有 助 于核态 沸腾 换热 过 程 中 气泡底 部微 液层液 体 的蒸 发 。
术 引起 了科 研 人 员 和工 程技 术人 员 的广 泛 兴趣 。
１１ ９ ６年 Ｃ ｕ ｂ１首 次实 验 得 出水 的蒸 发 速 率 在 ｈｂ［ ］ 高压 电场作 用 下可提 高三倍 。 自此以来 ， 内外 学 国 者对 于 电场 强 化沸腾 换热进 行 了大量 的实验研 究 和理 论计算 。９８年 Ｋ ｒｙａ ｎｓ２利 用 ２ｋ 的 １９ ａａｉｎ ｉＬ ５Ｖ
一
两相 流动 和相变 换热广 泛存在 于化工 生产 过
程 中 ， 中尤 以沸腾 换热 因其 换热 温差小 ， 其 换热 系 数 大的特 点 受 到 了化 工业 的重视 。 加 电场 强 化 外 沸腾 换热 效 果 显著 而 利用 电场 强化沸 腾 换热 从
（ ＨＤ： ｌｃｒ ｙ ｒｄ ｎ ｍｉ ｎ ａ ｃｍｅ ｔ Ｅ ｅｅｔｏ ｈ ｄｏ ｙ ａ ｃ ｅ ｈ ｎ ｅ ｎ）技 ｓ
１ 气 泡 内外 速 度场 的 计算 模 型
外 电场对气 泡 内流动的影 响可 以等 效为来 流 对气 泡 内流动 的影 响 ， 于无 电场作用下 的气 泡 ， 对 如果 在无 穷远处 具有 来流速 度为 【 则 位于气 泡 ， ，
值。 在实 验数 据 积累 的基 础上 ， 研究者 们对 于电场 强 化沸 腾换 热 的机 理也 展开 了各方 面的研究 和探 索 。 ｗｅｎ等 、 ａｃａ 等 ］Ｍａａ ｎａ Ｋ ｏ Ｐ ｓｕ ｌ 、 ｄｄ ｉ［ 究 研 电场作 用 下 沸腾 换 热 的气 泡 群行 为 ， 结果 表 明外 加 电场 对 沸腾 换 热 的气 泡 产 生频 率 、 气泡 脱 离 直 径和气 泡 的成 核点 密 度产 生 了 明显 的影 响 ； 就单 气泡 而言 ， ｒ ｎ等［９对 电场 作用于微重 Ｈｅｍａ ８］ ＿
直 流 电压对 Ｒ１ ３和 Ｒｌ ２ ｌ进行 了沸腾 换热 的实 验
研究， 结果 表 明 电场作用 可将 Ｒ１ ３ ２ 的沸 腾换热 系
数 提高 ９ ３ ；０１年 Ｚｇ ｄ ｕ ｉ ３在 外加 电 ． 倍 ２０ ａｈ ｏ ｄ 等［ ］
场 的条件 下 对 Ｒ１ ３Ｒｌ ３和 正戊 烷 的核 态 沸 腾 ２、 １ 换 热进行 研究 表 明 ， 电场 作用 抑制沸腾 迟滞发 生 ， 并 且提 高了核 态沸 腾换热 区域 内的临界热 流密度
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ ．０６
文章编号 ：１ ７－０ ７ ２ ０ ）２０ ３—５ ６ ］８ ９ （０ ６０ —１ ９０
电场作用下气泡 内外 的速度场分析
陈 凤 ， 宋 耀 祖 ， 陈 民
（清华 大 学 航 天 航 空 学 院 ，北 京 １０ ８ ０ ０ ４）
摘要 ：在蠕动流假设的基础上计算 了电场作用下气泡 内外的速度场分布， 并与无电场作用但有来流时气泡
收 藕 日期 ２ ０ —２ｌ ； 修 回 日期 ２ｏ －５１ ． ０ ５１ 一１ ｏ ６ｏ ８ 基 金 项 目 ：国 家 重 点 基 础 研究 发 展 规 划 项 目（ ０ ０ ２ ３Ｉ ． Ｇ２ ０ ０ ６Ｏ ） 作 者 简 介 ：胨 Ｊ （ ９ ０） ｉ １ ７一 ，女 ，博 士生 ，主要 研 究 方 向 为 电场 作 用 下 的 强 化 传热 ． ￣
关键词 ：两 相流 ；电场 强化 ；气 泡运 动 ；速度场 中图分 类 号 ： ＴＫ１ ４ ２ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引
言
力下 的空 气气 泡 进行 研 究表 明 ， 电场 影 响 了气 泡 的变 形 和运 动 ；ａ ｈ ｏ ｄ 等［ Ｚ ｇ ｄ ｕ ｉ １ 析了气 泡 外某 叼分
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第 ５卷第 ２期 ２ ０ 年 ６月 ０６
热 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅ ｍａ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＴｈ ｒ ｌ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｓ
Ｖｏ ． ． Ｉ ５ Ｎｏ ２
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第５ 卷
体 的径 向速 度和 切 向速 度分 别 为 ｔ 和 ・气泡 内 ； 蒸汽 的径 向速度 和切 向速 度分 别 为 和 ， 计 则 算气 泡 内外 速度 的示 意 图见 图 ２ 在 图 １２中的粗 、 实线 圆表示 气 泡界 面 ， 细实 线 圆表 示 计算 气泡 内