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《北京化工大学》 2018年
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EHD作用下气泡动力学行为及强化换热机理研究

张奥林  
【摘要】:本文基于自主开发的VOF+LS+SPP方法主要研究了直流电场和交流电场作用下理想介质气泡的运动和形变等动力学行为,以及其对流体换热性能的影响规律。首先,为了方便精确的模拟电场下理想介质气泡动力学行为,本文基于商业软件FLUENT首次提出了 VOF+LS+SPP方法,该方法采用LS函数计算精确的表面张力和获得光顺的物性参数。最后通过与VOF方法、VOF+LS方法及文献中的其他方法进行分析比较,验证了本方法的精确性,在所研究的算例中,本方法不仅可以获得网格独立的解,而且精确度最高,最大偏差仅为7%。其次,利用VOF+LS+SPP方法对重力场和外加均匀直流电场作用下理想介质气泡的动力学行为进行了系统研究。研究表明:电邦德数对气泡动力学行为的影响远远大于介电常数比值的影响;在不同Morton数下,电场对气泡上升和变形的影响规律几乎相同,电场力对气泡雷诺数的提升速率和最大水平横截面的变化率几乎不受Morton数变化的影响;在不同Eotvos数下,电场对气泡上升运动和变形的影响差异较大,随着Eotvos数的增大,电场力对最大水平横截面的变化率影响不断减小,对气泡雷诺数的提升速率影响不断降低。最后,利用VOF+LS+SPP方法模拟研究了余弦交流电场作用下附着在壁面上理想介质气泡的动力学行为,并且分析了不同角频率和电压对附着壁面上气泡形变和脱离的影响规律,研究显示:与均匀直流电场相比,余弦交流电场能使气泡在低电势情况下快速脱离壁面;在电压保持不变,随着角频率的增大,开始时气泡的脱离时间不断减小,当角频率超过最优角频率时,气泡的脱离时间会随之增大,但是当角频率高于某一数值时,气泡将附着在壁面上不能脱离;当外加电压不同时,角频率对气泡脱离时间的影响差异较大,随着电压不断增大,气泡可以在更宽的角频率范围和更短的时间内脱离壁面,从而达到强化换热的目的。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM15

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