我的新闻

研究背景:

电场强化沸腾传热作为一种高效的主动强化手段，其作用机制在于电场会在体相及界面处诱导产生麦克斯韦应力，而由于液相介电常数显著高于气相，汽液界面的应力表现尤为突出。这些界面应力能够直接影响气泡的生成、运动与脱离过程，进而增强流体的对流扰动能力，有效提升冷热源间的传热效率。在数值模拟研究领域，当前工作存在明显局限。一方面，多数研究通过人工初始化气相位置开展电流体动力学气泡模拟，难以复现从自发成核、动态生长到最终脱离的完整热力学循环；另一方面，现有模拟多聚焦于强电场下单个气泡的动态特性，对符合实际工况的大面积壁面沸腾传热过程关注不足。尤为关键的是，基于电-热-流多物理场耦合的多相流特性及沸腾传热机理研究相关的数值计算工作仍较为匮乏。因此，本文以两相流原理和电流体动力学（EHD）为理论基础，采用相场法对强电场作用下氟碳冷却剂的两相流沸腾传热过程展开模拟研究。

研究内容：

本文设计了4种电极构型(Case I、Case II、Case III 和 Case IV)，如图1所示，并对4种电极构型下不同电压差下的翅片沸腾进行了数值模拟，比较了电场分布对不同电压下翅片表面沸腾的影响。研究发现，由于肋表面独特的电极结构，不同的电极配置（Case I、Case II、Case III 和 Case IV）在肋角处产生不均匀的电场强度分布。与肋尖相比，肋基部的电场强度不均匀性较小，这阻碍了沸腾传热过程中在肋尖形成稳定的气膜覆盖。因此，所有四种电极配置都在一定程度上增强了肋表面的沸腾传热性能。

                            图1 四种电极结构

如图2所示，沸腾气泡在电场中的行为可分为两个主要特征：首先，在均匀电场中，气泡会因电力而发生拉伸或压缩，拉伸有利于细胞核沸腾传热，压缩有利于细胞核沸腾传热，压缩有利于细胞核沸腾传热;其次，在非均匀电场中，气泡受到不均匀电力的影响，导致它们从高场区域偏离到低场区域。这种不均匀的电场力不仅增强了核沸腾过程中的传热，而且还破坏了过渡或薄膜沸腾过程中的蒸气膜，提高了沸腾传热能力并增加了CHF。

         图2 电极结构电场强度分布和气泡运动轨迹

通过计算得到四种电极配置(Case I、Case II、Case III 和 Case IV)都可以提高肋表面的热通量密度。在U=25-75 kV的电压范围内，考虑到核沸和过渡沸腾，Case Ⅰ对壁传热的增强不随电压变化，而Case II、Case III 和 Case IV随着电压的升高而增加。Case I、Case II、Case III 和 Case IV 的最大 CHF 增强分别为24.5%、10.9%、35.0%和 32.7%。通过对比各电极配置下临界热通量、核沸腾和过渡沸腾传热能力，四种电极配置的优先级分别为Case IV > Case III > Case I > Case II。

论文题目：Numerical simulation of pool boiling heat transfer on ribs surfaces under non-uniform electric field

论文作者：Zheng Li (李政); Zhenlin Zhou (周祯麟); Yongsheng Xu (徐永生); Mei Lin (林梅); Qiuwang Wang (王秋旺)

发表期刊：Applied Thermal Engineering. 2025, 273 : 126511-126511.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.126511

研究团队：

林梅，西安交通大学能源与动力工程学院，流体机械及工程系研究员，博士生导师。主要研究方向：基于人工智能的流场分析与预测；复杂条件下的流/热/固耦合分析；极端条件下的固液相变储能研究；高热流密度下的汽液相变冷却分析。目前担任Journal of Fluids Engineering-ASME，Physics of Fluids, Applied Thermal Engineering 等国际期刊评阅人。个人主页为http://gr.xjtu.edu.cn/web/janeylinm

文字：李政