电场对沸腾汽泡影响的实验研究

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像仪对沸腾汽泡在电场作用下的生长过程进行了可视化实验研究.实验观察到电场作用下汽泡生长的动态图像.研究结果表明,电场作用下汽泡沿场强方向伸长,随着场强的升高,汽泡的脱离长径比增大,汽泡脱离壁面时的椭球外形更加明显;随着场强的增大,汽泡的脱离体积减小.分析了汽泡行为的变化对电场强化沸腾换热的影响.     

电场对注入气泡和沸腾汽泡影响的研究

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像仪拍摄了注入氮气气泡和R123工质沸腾汽泡在直流电场作用下的实验图像,并对气泡脱离壁面时的形态进行了定量分析.实验结果表明,注入氮气气泡和R123沸腾汽泡在电场作用下形状发生了显著变化,电场强度越大,气泡的形状变化也就越明显,并且电场对沸腾汽泡的影响更为显著.此外,注入氮气气泡和沸腾汽泡的脱离体积在电场作用下也发生了变化,随着电场强度的增大,脱离体积有减小的趋势,且冷态注入氮气汽泡的体积在电场作用下的变化较沸腾汽泡明显.     

不同工质中气泡在电场作用下的变形

研究在外加电场作用下,不同介电常数的工质对强化沸腾换热的影响,分析了苯、R11、乙醚和乙酸乙酯4种工质在池沸腾换热中,气泡附着于壁面时的电场分布特性及气泡所受的电应力.结果表明:随着工质介电常数的增加,气泡表面场强分布的不均匀性增加,其所受电应力分布愈不均匀,导致气泡形变量加剧,甚至造成破裂.     

电场作用下单气泡行为的可视化

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像机研究了绝热条件下注入到静止变压器油中的氮气泡在电场作用下的行为。获得了在不同电场作用下气泡形态成长的实验图像,并分析了电场作用下气泡的长径比、脱离体积和脱离周期随电场的变化关系。实验研究表明:随着电场强度的增大,气泡的长径比变大,脱离体积变小,脱离周期变短。电场中气泡行为的改变主要取决于电场强度和电极距离。外电场作用促进了注入气泡从小孔的脱离。     

电场作用下单气泡行为的可视化

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理,利用高速摄像机研究绝热条件下注入到静止变压器油中的氮气泡在电场作用下的行为,获得了在不同电场作用下气泡形态成长的实验图像,并分析了电场作用下气泡的长径比、脱离体积和脱离周期随电场的变化关系。实验研究表明:随着电场强度的增大,气泡的长径比变大,脱离体积变小,脱离周期变短。电场中气泡行为的改变主要取决于电场强度和电极距离。外电场作用促进了注入气泡从小孔的脱离。     

电场作用下单气泡行为的数值模拟

为了解电场强化沸腾换热的机理,分析了单气泡在电场作用下的行为特点.通过求解不可压缩流体的连续性方程,加入电场力的动量方程和VOF(volume of fluid)方程,得到了单气泡在电场下从壁面脱离的过程.结果发现,气泡在电场下脱离时间变短,并沿着电场方向伸长.气泡内部流动加剧,形成多个涡.结果表明,电场作用下气泡的行为特点产生显著的变化.     

气液两相流中气泡周围电场特性研究

针对均匀电场作用下的气液两相系统建立了数学模型，研究了单个及多个气泡附着于壁面、即将脱离和上升至两极板间的电场分布情况．结果表明，气泡周围电场的强弱及其分布的均匀性是影响气泡运动的重要因素．当大量气泡出现并有部分气泡脱离壁面时，电场对气泡的作用减弱，这为高热流密度下电场强化沸腾换热效果不再明显提供了理论依据。     

高占空比颗粒电场荷电的计算

采用包含颗粒间相互作用的等效场强代替原外场,利用点偶极子模型计算出高占空比颗粒表面的最大场强,并与有限元法的计算结果进行比较,结果表明,对于具有不同介电常数的颗粒来说,在颗粒占空比较高时,这种方法仍具有足够的精度.根据颗粒场致荷电的机理,进一步推导出计算高占空比颗粒电场饱和荷电量和随时间变化的荷电量的近似公式.结果表明,颗粒电场荷电量不仅随场强、颗粒粒径和介电常数的增大而增大,还随颗粒占空比的增大而增大;颗粒电场荷电的速率与颗粒占空比相关,占空比越大,荷电速率越大.     

基于介电功能梯度材料的盆式绝缘子电场分布优化

为改善盆式绝缘子沿面电场分布,以径向介电常数分布为对象,提出了一种通过识别沿面最大场强位置反馈更新介电常数分布的全局优化算法,实现了介电功能梯度材料盆式绝缘子参数优化设计.通过APDL语言,实现MATLAB与ANSYS联合仿真,研究了步长大小、分层数量等参数对优化结果的影响.结果表明:随着步长减小,沿面场强分布随迭代次数的变化更加平滑,介电常数区间范围增大.分层数目越多,径向介电常数分布越平滑,高压端介电常数值越大,沿面电场分布波动越小,最大场强降低幅度越大,可达70.5%.盆式绝缘子场强集中区域从高、低电极和三结合点处往中间转移,上、下表面电场利用率均达到0.75以上.研究结果为盆式绝缘子优化设计提供了参考.     

电流变液抗压效应的实验研究

为研究电流变液在准静态下的挤压力学性能,建立了用于测试电流变液在平行平板电极间经受沿电场方向挤压时所产生抗力的实验装置。利用此装置对自制的基于沸石和硅油的电流变液在不同外加电场强度下的抗压强度进行了研究,并与圆盘剪切条件下该电流变液的动态剪切屈服应力进行了比较。结果表明:在外加电场作用下电流变液的抗压强度远大于相同电场强度条件下的剪切屈服应力,可以利用电流变液的抗压效应设计新型的电流变器件。     

均匀电场对池沸腾换热的影响分析

对均匀高压电场作用下平板池沸腾换热的强化效果进行了试验研究,发现在较低过热度的范围内电场对换热有明显的强化效果.场强越高,相同过热度对应的换热系数越高.在相同的场强下,强化系数随着热流密度的增加而减少.结合试验结果对电场强化沸腾换热的机制进行了分析.在热流密度较小的范围内,对流换热占主导地位,电场强化对流换热使壁面过热度大大下降,导致相应过热度下汽泡的平衡半径提高,因此,抑制了核态沸腾.随着热流密度的提高,汽泡的产生和运动成为影响换热的主要因素,此时过热度的变化不是很大,在相同的过热度下,电场可以减小汽泡的临界半径,使汽泡增多.在汽泡准备区,电场会影响汽泡的核化;在汽泡成长区,电场会影响汽泡的长大、变形和脱离;在非沸腾区,电场会影响单相流体的自然对流换热.     

自注入电子束的加速及其对激光尾场的影响

在激光等离子体相互作用中对自注入电子束的加速及其对尾场的影响进行了理论研究.自注入电子束在空泡底部削弱了激光尾波静电场.随着自注入电子束电荷密度的增加,尾波场结构明显改变和空泡纵向变长.随后的鞘层电子须以较高的初始纵向动量才能自注入到不断演化的空泡尾场中.当自注入电子束的库仑场大于空泡内静电场时,该电子束将驱动等离子体尾波场.     

考虑流场特性的发动机叶片电解加工阴极设计及数值仿真

为了提高阴极设计的精度,本文在考虑流场特性的基础上,分析了气泡率、温度、压力以及流速等因素对电解加工的影响,建立了电解加工间隙的数学模型,完成了叶片叶盆电解加工的阴极设计,同时对加工间隙中电场强度的分布进行了仿真,并和根据单纯考虑电场作用的模型所设计的阴极进行了对比．结果表明,同时考虑流场和电场两因素时,间隙内的电场强度比单纯考虑电场因素时的电场强度大9％,其分布和叶片型面变化接近,说明考虑流场特性的阴极设计模型更能够真实的反映加工工件型面的变化,更加符合电解加工实际物理过程的本质,从而提高了阴极设计的精度,减少了阴极修正的次数．     

电场中气泡在换热表面上的变形及对沸腾换热影响

从电场分布的角度，研究了换热表面上气泡在电场力作用下的变形规律和气泡变形影响EHD(electrohydrodynaInics)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变形方式，如果换热表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．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，气泡在换热表面上无论是被拉伸还是被压制，都能使沸腾换热得到强化，但两者的强化换热机理不同。     

舰船尾流气泡数密度分布的实验模拟

为了能在实验室中为评估激光、超声探测舰船气泡尾流的检测技术提供检测对象,提出了基于电解产生氢气泡定量模拟实际舰船尾流气泡数密度的方法．依据电化学及气泡动力学原理推导了金属丝通电电流与气泡数密度的关系,在对舰船尾流场气泡数密度估计的基础上,给出了在船池中为布置在水中的金属丝通上给定的电流,模拟驱逐舰远场气泡尾流的具体方案,实验表明该方法对于舰船远场气泡尾流场的模拟比较右神     

基于混合热格子Boltzmann方法有限热源加热气泡动力学模拟

为探究不同润湿性表面单气泡动力学特性,通过引入差分方法的单组分多相格子Boltzmann模型,耦合能量方程构成了气液相变模型,模拟了不同润湿性表面单气泡形成过程周围流场与温度场细观,阐述了气泡生长脱离机理;研究了润湿性、过热度、有限热源长度对气泡动力学影响.结果表明,在相同过热度下,疏水壁面气泡生长速度大于亲水壁面.气...     

介电泳效应的液滴聚结过程与分布

基于Cahn-Hilliard建立Navier-Stokes两相流体动力学和电场Maxwell应力张量法的多物理场耦合模型,用于平行极板型、针型和圆环型电极的液滴聚结仿真.研究结果表明:较强的电场强度诱导分散相液滴聚结耗时较短,液滴链的结构和均匀度受电极形状和电场空间均匀性的影响较大;均匀电场诱导液滴成链较为均匀,并不受液滴数量的影响.在指针型和圆环型电极产生的非均匀电场只能在液滴数量较少的条件下,实现规则液滴链的生成.通过多物理场模型建模,仿真结果能够为静电纺丝、液滴合并、液泡回收等复杂微流体电学控制提供理论基础.