方腔内电场强化固液相变传热

采用格子Boltzmann方法对方腔内介电相变材料的熔化过程进行数值模拟与分析,系统研究了电场力和浮升力耦合作用下固液相变传热过程的流体流动、电荷输运以及传热等基本特征,重点分析了电瑞利数T、斯蒂芬数Ste、离子迁移率M和普朗特数P r等多个无量纲参数对固液相变传热过程的影响.研究表明,与浮升力驱动下的固液相变情况相比,外加电场不仅会改变方腔内流体流动结构以及相界面的演化规律,而且还会提高介电相变材料的熔化效率,强化固液相变传热过程.特别地,上述现象会随着电瑞利数T的增大愈加明显.此外,引入了无量纲参数Φ,用以表征电场强化固液相变的实际效果.结果显示,随着斯蒂芬数Ste的增加,电场强化固液相变的实际效果会有所减弱,但对于较大的电瑞利数而言,改变斯蒂芬数Ste的实际大小并不会对电场强化固液相变的实际效果有太大影响.最后,发现电场强化固液相变的实际效果与离子迁移率M一般具有负相关的关系,即随着离子迁移率M的增加,电场强化固液相变的效果反而下降;而受电场力和浮升力的协同影响,普朗特数P r对电场强化固液相变效果的影响则依赖于离子迁移率M.

二维局部受热腔体内电热对流问题模拟和分析

近些年,基于电场的主动强化传热技术因其对特殊环境的良好适用性而获得广泛关注,该问题由于涉及电场、电荷分布场、流场和温度场等多物理场的强烈非线性耦合,目前相关的理论分析和实验研究工作相对较少.本文采用格子Boltzmann方法对二维局部受热腔体内电热对流问题进行了模拟和分析,详细探究了无量纲参数如热瑞利数Ra、电瑞利数T、电极板的长度h和电极板中心到下壁面的距离δ对传热效率的影响,并对电热对流问题中的分岔结构进行了分析.数值结果表明,随着电瑞利数T的增加,传热效率逐渐增强,且电瑞利数T的分岔类型为亚临界型,而热瑞利数Ra表现为超临界型.当电瑞利数T足够大时,库仑力占据绝对优势,浮升力对传热的影响减弱,传热效率的变化不再依赖于热瑞利数Ra.另外,对比不同电极板位置的传热效率时发现电极板处于中间时传热效率最佳,并且电极板长度越短传热效率越高.本文的研究结果拓展了已有二维电热对流模型,可为其他非均匀温度边界电热对流问题的理论分析提供参考.

侧壁面正弦加热条件下电场强化固液相变研究

本文采用格子Boltzmann方法对侧壁面正弦加热条件下的方腔潜热储热单元的蓄热过程进行模拟与分析,系统研究了电场对相变材料相变过程的强化效果以及加热壁面温度分布变化的振幅、角频率、初相对电场强化效果的影响。结果表明,与没有电场相比,施加电场以后,潜热储热单元的蓄热速率显著提升,且电场越强,蓄热速率提升越明显。此外,加热壁面温度分布变化的角频率为1.5时,系统的蓄热最高,蓄热时间最短,而加热壁面温度分布的振幅和初相的影响规律与电场强度的大小有很大关系。