单个汽泡周围的电场数值研究

为明晰电场对汽—液两相系统的效应,本文针对均匀电场作用下的汽液两相流中附着于壁面的单个汽泡,建立了数学模型,考虑了汽泡的存在对电场分布的影响。通过求解电场控制方程,得到了均匀电场作用下汽泡周围及其内部的电势及电场分布的数值解。这为进一步研究 EHD 作用下的两相系统中汽泡的行为,揭示 EHD强化沸腾换热机理奠定了基础。     

不同工质中汽泡周围电场特性研究

为探明外加电场作用下,不同工质对强化沸腾换热的影响,本文采用了FC-72、R11、R113和R123四种工质,定量研究了两相系统中汽泡周围电场分布特性,探讨了工质介电常数对汽泡的作用规律．结果表明:随着工质介电常数的增加,电场非均匀性增强,电场对汽泡的作用加剧．这为不同工质对EHD沸腾强化效果不同提供了理论依据．     

电场作用下离散相行为研究

为明晰电场对两相系统中离散相的作用,本文针对均匀电场作用下两相系统中的单个离散相的行为进行了可视化试验研究及数值模拟。通过建立电场数学模型。得到了均匀电场作用下两相系统的电场分布;运用电应力表面积分的方法求得了离散相所受的电场力。并于试验中观察了不同粒径的离散相在电场作用下的运动情况,其试验结果与数值计算结果基本吻合。     

电场作用下矩形肋表面汽泡运动规律研究

通过电场加强热交换的方法属于有源强化方法,而改变加热面结构属于无源强化方法。以往研究者的研究侧重于光滑表面、加热管或加热线表面。在光滑表面增加肋结构,可以产生所谓的"场陷效应",处于不同位置的汽泡所受电场力的大小和方向均不相同,因此电场强化沸腾换热原理也与光滑表面的情况不同。本文将有源技术与无源技术相结合,首先通过实验方法研究了电场作用下处于肋底部和肋上部的汽泡的运动规律,然后通过数值计算方法从汽泡受力角度分析处于不同肋高位置时汽泡的受力情况,进而得出汽泡运动规律,理论计算结果与实验观察到的现象能够很好地吻合,此研究对深入理解电场强化换热技术有重要的意义。     

电场作用下单个沸腾汽泡动态特性研究

电场可强化池态沸腾换热已经普遍得到研究者的认可,在电场强化换热的实验研究中,以往研究者主要采取统计学的方法研究电场作用下沸腾汽泡的动态特性,也有研究者研究了冷态注入气泡在电场作用下的动态特性,而直接针对单个沸腾汽泡的研究鲜有报道。本文采用针状电极以R113为实验工质,研究了小加热面上不同热流密度和不同电场强度的情况下单个沸腾汽泡的动态特性,实验中发现在电场的作用下汽泡脱离半径和脱离体积变小,而汽泡成长时间和汽泡等待时间随着电场强度的增加而增大。     

EHD两相系统中的电场数值模拟

针对均匀电场作用下两相系统中的单个离散相周围电场分布情况,建立了数学模型.在建模过程中,考虑了离散相的存在对电场分布的影响.通过求解电场控制方程,得到了均匀电场作用下离散相周围及其内部的电势及电场分布的数值解,并理论验证了该数值解的准确性.     

聚丙烯中电树枝生长机理研究

耐电树枝老化特性是表征聚合物绝缘材料介电性能的重要参数之一.聚丙烯(PP)是典型半结晶聚合物,其复杂的非均匀聚集态结构影响电树枝的生长.本文对PP及加入成核剂的PP试样进行了耐电树枝化性能实验,通过偏光显微镜(PLM)及差示扫描量热法(DSC)分析加入成核剂前后PP的结晶形态、结晶度以及结晶结构对电树枝生长特征的影响.以相界面自由能的热驱动作用以及放电雪崩理论为基础,对电树枝生长的热力学和动力学机理进行分析,阐明电场分布对电树枝生长的重要作用.根据半结晶材料的结晶相和非晶相的物理性能,建立材料内部电场分布计算模型,模拟针-板电极条件下聚合物材料内部的局域电场分布情况,分析了电树枝通道的动力学生长特征,探讨了成核剂改变PP的结晶结构抑制电树枝沿电场生长的作用.     

电制备巨囊泡的方法和机理探索

利用倒置显微镜研究电制备巨囊泡, 并分析其形成和成长的动力学机理. 由于磷脂头部的电特性, 电场对水化的磷脂双层的静电力促使磷脂膜内双层之间分离. 在动力学的作用下, 双层两叶的不对称受力引发其弯曲、出芽、膨胀、封闭以及相互融合. 结果表明, 电场参数、干磷脂膜的均匀性、缓冲液以及温度等因素影响巨囊泡的粒径、形状和稳定性.     

电制备巨囊泡的方法和机理探索

利用倒置显微镜研究电制备巨囊泡,并分析其形成和成长的动力学机理.由于磷脂头部的电特性,电场对水化的磷脂双层的静电力促使磷脂膜内双层之间分离.在动力学的作用下,双层两叶的不对称受力引发其弯曲、出芽、膨胀、封闭以及相互融合.结果表明,电场参数、干磷脂膜的均匀性、缓冲液以及温度等因素影响巨囊泡的粒径、形状和稳定性.     

带状注速调管高频结构的初步研究

 利用3维软件设计并模拟了适用于X波段高功率带状注速调管的“Ⅱ”形谐振腔，根据模拟结果分析了腔体各尺寸对电场均匀性的影响；建立了平面对称结构的3维高频互作用系统模拟平台，应用此平台讨论了扼流器法和漂移管窄壁开槽法这两种抑制漂移管中非工作模式的方法；分析了漂移管的尺寸及漂移头对谐振腔内场分布的影响。研究表明：波导高度、耦合腔宽度和高度对带状注速调管谐振腔间隙的电场均匀性影响较大；而波导长度和宽度、耦合腔长度对该电场均匀性影响不大；腔体连接处加上漂移头可使场分布更加集中；该型带状注速调管谐振腔能够产生均匀的电场，为提高注波互作用效率奠定了基础。     

强电场下气泡形变对液体绝缘的影响

 基于液体气泡击穿的椭球模型,推导了气泡形变的流体动力学方程;利用软件Comsol模拟了气泡受力后的形变;根据模拟结果,结合气体击穿的帕邢定律,讨论了气泡形变对液体绝缘的影响。结果表明:气泡在静电引力和表面张力的作用下,沿电场线方向拉伸成椭球,椭球长短轴之比与外加电场强度和气泡初始半径成正比;形变导致电场方向气体通道延长,气泡更容易击穿,外加气压是避免气泡击穿的有效途径之一,外加气压的大小与电场强度和气泡初始半径成正比。     

Phase field simulation of single bubble behavior under an electric field

Based on the Cahn-Hilliard phase field model, a three-dimensional multiple-field coupling model for simulating the motion characteristics of a rising bubble in a liquid is established in a gas-liquid two-phase flow. The gas-liquid interface motion is simulated by using a phase-field method, and the effect of the electric field intensity on bubble dynamics is studied without electric field, or with vertical electric field or horizontal electric field. Through the coupling effect of electric field and flow field, the deformation of a single rising bubble and the formation of wake vortices under the action of gravity and electric field force are studied in detail. The correctness of the results is verified by mass conservation, and the influences of different electric field directions and different voltages on the movement of bubbles in liquid are considered. The results show that the ratio of the length to axis is proportional to the strength of the electric field when the air bubble is stretched into an ellipsoid along the electric field line under the action of electrostatic gravity and surface tension. In addition, the bubble rising speed is affected by the electric field, the vertical electric field accelerates the bubble rise, and the horizontal direction slows it down.     

电场作用下的气泡受力分析

本文在蠕动流近似的基础上分析计算了具有不同介电常数工质的气泡在外电场力作用下的受力状况。计算结果表明电场力的水平分力使气泡沿场强方向伸长,并且液体和气体相对介电常数之比越大的工质所受的电场力越大。从而,沸腾换热过程中外加电场对液体和气体相对介电常数比值较大的工质能够产生更大的影响。     

Comparison between level set and phase field method for simulating bubble movement behavior under electric field

In this study, based on different numberical simulation methods, the gas-liquid two-phase flow is taken as the research object. By coupling the continuity equation of incompressible fluid, Navier-Stokes equation, electric field equation and other control equations, a multi-field coupling model for rising bubbles in viscous fluids is established, and numerical simulations are carried out. The two-phase popularity of coupled electric field is studied, and the effect of electric field on bubble motion is analyzed.The Level-set and phase field method are used to track the changes of deformation and rupture during the rising of the bubble. The accuracy and validity of the two methods are verified by mass conservation. At the same time, the calculation area is determined for the accuracy of calculation, and the optimal mesh size is calculated by using mesh independence test. Compared with the level set method, the phase field method has a certain improvement in the calculation efficiency and accuracy. Among them, the calculation efficiency of the phase field calculation method in the same grid is increased by 5 times, and by 3 times in the vertical electric field environment. Moreover, using the phase field method is easier to capture the bubbles slight changes while they are rising, and the quality of the simulation results is better.The simulation analysis of bubble rising process under coupled electric field by two methods shows that under the interaction of electrostatic force, buoyancy and surface tension, the bubble is stretched into an ellipsoid along the direction of the electric field line, and the ratio of the length to the short axis is proportional to the applied electric field strength. In addition, the bubble rising velocity is affected by the electric field, and the vertical electric field accelerates the rising of the bubble.     

电场对注入气泡和沸腾气泡影响的实验研究

本文主要研究了直流电场对冷态注入氮气气泡和R113沸腾气泡行为的影响.利用高速摄像机拍摄了冷态注入气泡和热态沸腾气泡在不同场强作用下的实验图像,并对气泡的脱离进行了定量分析.实验结果表明:注入氮气气泡和沸腾气泡沿电场方向显著伸长,其脱离长径比随着场强升高而增大,并且电场对沸腾气泡伸长行为的影响更显著.此外,注入气泡和沸腾气泡的脱离体积随着场强增大都具有减小的趋势,而且注入气泡体积随场强减小的行为更明显.     

声场与电场作用下空化泡的动力学特性

以液体为工作介质, 利用空化泡的RP控制方程, 模拟分析了无量纲化的电场频率、场强的幅值以及无量纲化的声波频率、 声压幅值的变化对空化泡运动特性的影响. 结果表明: 声场和电场联合作用时, 空化泡运动处于混沌区域范围远高于两者单独作用下空化泡的混沌区域范围. 这不仅对声空化的进一步研究具有重要的理论意义, 而且对于提高和改进空化降解有机污染物的技术也具有指导意义.     

变形及电场作用对石墨烯电学特性影响的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了变形、电场及共同作用对石墨烯电学特性影响的电子机理.研究表明,本征石墨烯的能隙及态密度值在费米能级处均为0,呈现出半金属特性;在一定的变形量下对石墨烯施加剪切、拉伸、扭转及弯曲变形作用,发现剪切和扭转变形对打开石墨烯能隙的作用明显;对本征石墨烯施加不同方向的电场,可知010电场方向对打开石墨烯能隙的作用效果最强.这是因为该电场方向下石墨烯C-C原子间的布居数正值较大,成键键能较高,而负值数值较小,反键键能较低;线性增加电场强度,石墨烯的能隙呈线性增长势;变形及电场共同作用下,外加电场提高了变形对打开石墨烯能隙的作用效果,但不及两种外场叠加的作用效果.     

过热液体中蒸汽泡上升过程的格子Boltzmann三维数值模拟

应用格子Boltzmann相变模型,在三维空间研究蒸汽泡在过热液体中生长、上升和变形等动力学行为.为研究传热传质对蒸汽泡运动的影响,对比模拟相同条件下气泡在等温环境中上升的物理过程.结果表明：蒸汽泡在过热液体中上升发生的变形程度较小,意味着相变对蒸汽泡的影响和表面张力一样使汽泡保持初始的形状.蒸汽泡在过热液体中的上升速度较小,说明随着汽泡生长拖拽力的影响比浮力大.蒸汽泡生长率在初始阶段达到最大值,随后会趋于一个恒定的值.随着汽泡体积增大和上升速度的增加,其对流场的扰动也越来越剧烈.蒸汽泡生长和上升引起的对流运动对温度场的演化造成很大的影响.