電流體動(dòng)力學(xué)（Electrohydrodynamics,EHD）作為電磁學(xué)與流體力學(xué)的交叉學(xué)科,在經(jīng)典物理問(wèn)題的研究以及包括傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化和等離子流動(dòng)控制在內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用等方面有著十分重要的地位。利用電場(chǎng)進(jìn)行傳熱的強(qiáng)化因其智能高效、低噪音、無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),近年來(lái)愈發(fā)受到研究者的關(guān)注。對(duì)于復(fù)雜的電熱對(duì)流問(wèn)題,直接數(shù)值模擬的方法可以獲得全面的物理場(chǎng)信息并更加直觀地提供結(jié)果,對(duì)復(fù)雜問(wèn)題本身的理解大有裨益。EHD問(wèn)題涉及多物理場(chǎng)的強(qiáng)烈非線性耦合,在數(shù)值模擬方面的發(fā)展較為緩慢,對(duì)該問(wèn)題機(jī)理和流動(dòng)細(xì)節(jié)的研究較為缺乏。本文的主要研究目的是利用基于有限體積法開(kāi)發(fā)的數(shù)值模擬平臺(tái)研究“刀片-平板”模型中電場(chǎng)和熱場(chǎng)耦合的電熱對(duì)流物理問(wèn)題,評(píng)估電場(chǎng)的強(qiáng)化傳熱效果。首先詳細(xì)介紹了電熱對(duì)流的數(shù)理模型和電荷注入及放電過(guò)程等理論基礎(chǔ),隨后介紹了所用的基于有限體積法發(fā)展的數(shù)值求解方法,并分別對(duì)流場(chǎng)、靜電場(chǎng)和溫度場(chǎng)計(jì)算模塊進(jìn)行了充分驗(yàn)證。電荷注入引起的純電對(duì)流問(wèn)題是更復(fù)雜的電熱對(duì)流研究的基礎(chǔ),電羽流流動(dòng)結(jié)構(gòu)和特性的理解有至關(guān)重要的作用。本文通過(guò)改變純電對(duì)流模型中的主要無(wú)量綱控制參數(shù),對(duì)各參數(shù)影響下的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

刀片-平板電對(duì)流實(shí)驗(yàn)結(jié)果[29]：(a)實(shí)驗(yàn)腔體示意圖(b)正負(fù)電壓下的速度場(chǎng)矢量圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文傳熱性能的增強(qiáng)超過(guò) 200%。2010 年，Sadek 等[53]使用同心線—圓柱電極并在發(fā)射電極上施加一個(gè)脈動(dòng)的高壓，證明了脈沖高壓可以擴(kuò)大傳熱和壓降的范圍，并認(rèn)為通過(guò)控制脈動(dòng)的頻率可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理的控制。2018 年，Testi[54]以 MIDEL7131 為工作介質(zhì)，對(duì)針-板模型下的電對(duì)流強(qiáng)化傳熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)腔體示意圖和實(shí)驗(yàn)中得到的努塞爾數(shù)隨電壓的變化曲線如圖 1-2，通過(guò)改變針尖材料與極性、電壓、針板間距和熱流密度等研究了各參數(shù)對(duì)于強(qiáng)化傳熱效果的影響。結(jié)果表明在小功率電能輸入（ 0.01W）的情況下，熱傳遞效率提高到了純自然對(duì)流條件下的 310%。

件、無(wú)量綱形式及參數(shù)。2.1 電熱對(duì)流物理問(wèn)題描述本文研究如圖 2-1(a)所示的由刀片（blade）和平板（plate）金屬電極組成的結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱“刀片-平板”結(jié)構(gòu)）。該結(jié)構(gòu)整體浸沒(méi)在介電液體中。上、下電極分別施加不變的電勢(shì) 1和 0，從而對(duì)液體施加一個(gè)非均勻直流電場(chǎng)。液體在電場(chǎng)體積力作用下會(huì)運(yùn)動(dòng)，稱為電對(duì)流。對(duì)于直流電場(chǎng)，電場(chǎng)作用于空間自由電荷的庫(kù)侖力是電場(chǎng)力的主要分量。本研究只考慮由于電極／液體界面的電化學(xué)產(chǎn)生的注入（injection）機(jī)制產(chǎn)生的自由電荷。圖 2-1(a)展示了電荷從上刀板注入液體中，電場(chǎng)作用于這些自由電荷并驅(qū)動(dòng)它們向平板電極運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)周?chē)后w運(yùn)動(dòng)形成指向平板的流動(dòng)，即電羽流。為了考察該類(lèi)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)流動(dòng)的強(qiáng)化傳熱效果，我們考慮平板電極上有一個(gè)局部熱區(qū)域（即該區(qū)域溫度比周?chē)黧w溫度高）。此時(shí)，流體處在電場(chǎng)和非均勻溫度場(chǎng)的共同作用下，形成電熱對(duì)流。需要指出的是，“刀片-平板”結(jié)構(gòu)在介電液體電對(duì)流和氣體放電的實(shí)驗(yàn)[29,69]和數(shù)值研究[70,71]中經(jīng)常被采用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]離子風(fēng)強(qiáng)化平板對(duì)流傳熱的數(shù)值模擬[J]. 趙矗,張劍飛,何雅玲,陶文銓.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2014(03)
[2]微通道EHD強(qiáng)化換熱研究的進(jìn)展與現(xiàn)狀[J]. 張怡,劉紅敏.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2012(S1)
[3]以水為工質(zhì)的EHD強(qiáng)化管內(nèi)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)研究[J]. 楊俠,張捷,吳艷陽(yáng),張濤.  熱能動(dòng)力工程. 2011(05)
[4]EHD空氣泵氣流加速分析[J]. 周硯江,毛曉靖,胡一楓,王培養(yǎng).  機(jī)電工程. 2010(02)
[5]強(qiáng)化傳熱技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 牛小飛,李志學(xué),徐永明.  廣州化工. 2009(09)
[6]高壓電場(chǎng)強(qiáng)化空氣對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)及其數(shù)值模擬[J]. 羅小平,高貴良,方振鑫.  化學(xué)工程. 2008(05)
[7]電流體動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J]. 陳效鵬,程久生,尹協(xié)振.  科學(xué)通報(bào). 2003(07)
[8]水平光滑管外油自然對(duì)流換熱的電場(chǎng)強(qiáng)化效應(yīng)[J]. 劉振華,陳玉明.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2000(09)
[9]EHD強(qiáng)化水平管外沸騰傳熱的試驗(yàn)研究[J]. 李瑞陽(yáng),施伯紅,郁鴻凌,陳之航.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2000(01)
[10]EHD強(qiáng)化傳熱機(jī)理分析[J]. 李瑞陽(yáng),陳賚寶,陳之航,袁益超.  華東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 1996(04)

博士論文
[1]低溫余熱發(fā)電模型中EHD強(qiáng)化凝結(jié)換熱效應(yīng)研究[D]. 陳春天.哈爾濱理工大學(xué) 2007



本文編號(hào)：2992974