不同重力和电场下气泡动力学行为研究.docx

不同重力和电场下气泡动力学行为研究沸腾换热是一种广泛存在于各相关领域换热设备中的气液相变传热方式沸腾换热性能与加热壁上气泡的生长和脱离等气泡动力学行为密切相关为了研究强化沸腾换热技术 , 寻找有效强化传热的措施 , 因此有必要对气泡的生长和脱离问题展开研究 , 寻找加速气泡脱离的方式本文采用数值模拟的方法研究不同重力下 , 均匀电场和非均匀电场对气泡的生长和脱离过程等动力学行为的影响规律首先,为了精确模拟气泡的生长和脱离等动力学行为 , 本文采用本人所在课题组提出的基于商业软件 FLUENT的 VOF+LS+SPP方法通过与 FLUENT 软件中的 VOF方法和文献中的其他方法得到的气泡生长和脱离问题结果进行分析比较 , 验证了该方法的精确性该方法得到的结果与实验结果仅偏差 4.2%, 优于文献中的其他方法 , 该方法适合进行气泡生长和脱离问题的研究 其次 , 采用 VOF+LS+SPP方法研究不同重力下均匀电场对气泡生长和脱离过程的影响规律研究表明 : 在地球重力条件下 , 均匀电场使气泡在赤道处横向被压缩 , 纵向被拉伸 , 缩短了气泡从开始颈缩到脱离的时间 , 此外 , 重力引起的升浮力和气泡颈部受到的水平方向电场力耦合作用 , 促进了颈缩过程 , 从而加速了气泡脱离 ; 在不同重力条件下 , 随着重力加速度的减小 , 重力引起的升浮力降低 , 而水平方向的电场力本身较弱 , 使得促进颈缩的升浮力和电场力耦合效应减弱 , 导致随着重力加速度减小 , 电场对气泡脱离的加速效果减弱。

虽然均匀电场能够加速气泡脱离 , 但是加速效果有限 , 特别是当重力较低时 , 均匀电场并不能有效的加速气泡脱离 , 因此 , 需要引入加速气泡脱离效果明显的非均匀电场 , 进行非均匀电场下气泡动力学行为的研究最后 , 采用 VOF+LS+SPP方法研究不同重力下非均匀电场对气泡生长和脱离过程的影响规律 结果表明 : 地球重力条件下 , 气泡受到重力引起的升浮力和底部较强的水平方向电场力的作用 , 较快出现颈缩出现颈缩后 , 由于气泡上下所受电场力不均匀 , 产生了电场力引起的升浮力 , 气泡在重力引起的升浮力、底部较强的水平方向电场力和电场力引起的升浮力三者耦合作用下 , 快速脱离 , 大幅度减小了气泡脱离时间不同重力条件下 , 主导气泡脱离的受力为非均匀电场引起的升浮力和底部较强的水平电场力 , 重力引起的升浮力作用较弱随着重力的降低 , 主导气泡脱离的电场升浮力和水平电场力保持不变 , 气泡脱离时间几乎相同 , 其优势越来越大于无电场情况 , 所以重力加速度越小 , 非均匀电场对气泡脱离加速效果越强 。