电场EHD强化沸腾换热实验研究+文献综述(3)
面临能源价格，尤其是天然气价格逐步上涨，居高不下，很多高耗能建筑开始出现因承担不起昂贵的能源文持费用而被迫停用，或者售价、租金一降再降的现象。因此，建筑尤其是高层住宅与办公楼、大型共建正面临着一场新的革命，建筑节能节能势在必行。
1.1.2 强化沸腾换热是积极有效的手段
强化传热是节能的有效手段之一，开发和研究新型、高效的强化传热技术，并在国民经济各部门中推广应用具有重要的现实意义。根据传热学基本理论，在温差基本不变的条件下，要减少热阻，提高传热效果不外乎两种途径：增大换热器的传热面积和提高换热系数。增大传热面积的代表方法是用肋片管，对它的研究应用现在已经比较成熟；提高换热系数的方法有多种多样，本文介绍的外加电场强化传热是其中的一个重要领域。
电场强化传热简称为EHD(electro hydrodynamics—电水动力学)强化传热，是一种主动强化传热技术，它是将电场基本理论引入到传热学领域，通过在流体中施加一外场——电场，利用电场、流场和温度场之间的相互作用和协同而达到强化传热的一种有效方法。
从工程实际应用的角度来讲，EHD强化传热技术具有其独特的优越性和良好的应用前景，一方面电场强化传热技术可减轻换热器重量，减小换热器尺寸，节省材料，降低换热器和附属设备的投资成本；另一方面可降低工质与传热面间的温差，从而提高热力设备的整体效率。从对新能源的开发利用角度来讲，如：海洋能、地热能和太阳能的利用，由于传热温差很小，因而效率较低，而EHD强化传热技术恰恰对小温差传热的强化作用非常明显。因此，该技术可成为暧通空调、化工、冶金、能源、航天等领域的一门具有发展前途的强化传热新技术，对该技术的研究和开发将对节约能源、缓解能源紧张、保证国民经济持续发展将具有重要的现实意义和社会意义。
虽然EHD强化传热的研究在最近的十几年中得到了很大的发展，取得了可喜的进展，但由于电场、流场和温度场三者之间的相互耦合作用，由之而产生的一系列复杂因素使EHD强化传热的机理变得非常复杂。到目前为止，对EHD强化传热的机理尚未完全揭示出来。以往的研究认为EHD强化传热的主要原因在于两方面：一方面是电场对流体的电对流作用；另一方面是电场的施加使得汽泡的运动发生变化。
2 EHD强化传热的原理
2.1 电场强化传热的原理
电场能够强化传热的原因在于高压电场的两个效应：电场对流体的电对流效应和电场对气泡的力效应。这两个效应都和电场强度和电荷松弛时间有关系。Petoskey和Philips根据电磁学理论，得出流体在电场中受电场力Fe的表达式：
其中：第一项为电场对流体自由电荷的库仑力，称为电泳力；第二项为电场下由于介电常数ε的空间变化而对流体作用的力，称为介电电泳力；第三项为电泳现象与电致伸缩现象的综合作用力。
电场对气泡的主要作用，是介电电泳力。气泡产生后，在电场作用下，由于液气介电能力的差异导致气泡各部分电场分布不均匀，从而所受的力也不同。一般认为外加电场不均匀程度越强，气泡各部分受电场力的大小差距越大。相关实验采集的图片表明：气泡周围的非均匀电场导致气泡产生变形，气泡与加热面接触面积缩小，整个气泡沿着纵向拉伸。
图2.1 电场对气泡的影响
另外，在热流密度不高的情况下，随着电极的外加电压的增加，气泡脱离的时间减短，加热面上气泡的分布密度得到增加，而相应的换热系数也就得到提高。实验观察时，在电压增加后，气泡被拉伸的更长，气泡与加热面的接触面积也相应的减少。但是随着换热系数的不断增加，热流密度达到一定程度以后不再增加。此后，继续增加电压对换热系数的响就不大了。
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