Ионизация в пламени и электрическое поле - Степанов К.М.
Скачать (прямая ссылка):
По данным Маркелса и Дафри [199], наоборот, электрическое поле подавляет рост объема пузырька и уменьшает число активных центров образования пара. Бабой и соавторы [5], анализируя действие электрических сил на паровой пузырек, также подтверждают наблюдения Маркелса и Дафри.
277
Действительно, если рассматривать пограничный слой, прилегающий к поверхности нагрева, на которую подается электрический потенциал, то, как уже отмечалось, под действием возникающих в жидкости электрических сил более холодные объемы жидкости будут стремиться оттеснить от поверхности нагрева более горячие. В результате «слабые» активные центры генерации пара будут подавлены, и в зависимости от напряженности поля останутся более устойчивые [5].
Действие электромеханических сил на паровой пузырек было проанализировано Бонжуром и Вердье [137], а также Штютцером [233], который предложил следующее уравнение:
Fa4 =—k-^grad&v, (131)
где
к, о З-'-.'^ '!;
er (F..'e, *- 2)
2f --F,
Здесь v — объем парового пузырька;
Е— напряженность электрического поля; е, ег — диэлектрические постоянные соответственно жидкости и пара;
&э.с, &п — электрострикционная и поляризационная составляющие электродинамического градиента давления.
Из уравнения (131) следует, что электромеханическая сила F3M, действующая на паровой пузырек, будет тем больше, чем больше объем пузырька и напряженность неоднородного электрического поля.
Наблюдения за кипением фреона и других жидкостей (137, 138] показали, что без поля пузырьки пара устремляются только вверх (рис. 171, а); при наложении поля пузырьки пара отталкиваются от нагреваемой нити во все стороны (рис. 171, б). При этом пузырьки, идущие под действием поля вниз, на некотором расстоянии от нити, попадая в область равновесия электрических и гравитационных сил, выходят из зоны действия поля и поднимаются вверх. Кроме того, дальнейшему распространению пузырьков вниз могут препятствовать электроконвективные силы, под действием которых более холодные слои жидкости устремляются к нити, изменяя траектории пузырьков пара.
278
1-^-1 ¦ - / .
——
а 5
Рис. 171. Схема движения пузырьков при кипении в условиях без поля (а) и при наличии электрического поля (б):
[ — электрод; 2 — нить
Бонжур и его соавторы [138] утверждают, что при наложении электрического поля пленочное кипение переходит в пузырьчатое. Эксперимент, поставленный на этиловом спирте [138], интересен тем, что при наложении поля напряженностью 160 кв/см происходило резкое снижение разности температур между
поверхностью нагрева и жидкостью: ————— с 500 до 20° С; при этом тепловая мощ- , г , 2
ность, снимаемая с поверхности нагрева, оставалась почти постоянной. Этот факт имеет весьма важные последствия применительно к повышению работы теплообменников.
При оценке влияния того или иного фактора на интенсификацию процесса всегда необходимо выяснить его энергетическую эффективность. Так, теплопередачу в игольчатом рекуператоре можно улучшить за счет увеличения числа и размеров игл; но одновременно «_«————— растет и гидравлическое сопротивление, что в свою очередь вызывает дополнительную затрату энергии на создание необходимого напора перед рекуператором. В результате выигрыш, который можно ожидать от улучшения условий теплообмена, будет полностью перекрыт вынужденными затратами дополнительной энергии, необходимой для преодоления возросшего гидравлического сопротивления.
Поэтому вполне естественно стремление исследователей оценить энергетическую эффективность применения электрического поля, в частности, для случая кипения жидкостей.
Эксперименты, поставленные Боширолем с соавторами [131] на полярных и неполярных жидкостях, показали, что переменное электрическое поле значительно интенсифицирует процесс теплоотдачи при кипении. Так. в случае метилового спирта при 9 кв/см отношение «Е/Ио = 6, а в сжиженных неполярных газах (азот, кислород, аргон) наложение переменного электрического поля интенсифицирует теплообмен в 2,5—3 раза [132]. Что касается критического теплового потока, то при наложении поля он увеличивается вдвое при кипении гексана (Е = 160 кв/см) и метилэтилкетона {Е = 4,5 кв/см) [131].
Маркелс, Ир и Дафри [200] исследовали влияние переменного электрического поля на интенсификацию теплопередачи при кипении воды в вертикальном кольцевом канале, который был включен в замкнутый контур циркуляции. Теплообменник представлял собой алюминиевый
279
цилиндр внутренним диаметром 23.4 и высотой 62,5 мм с паровой рубашкой; по осп цилиндра была установлена хромированная медная трубка наружным диаметром 9,54 мм, по которой также мог подаваться пар. Исследовались варианты, когда воду нагревали только снаружи либо только от внутренней трубки, а также при совместном обогреве снаружи и изнутри. В качестве теплоносителя была использована дистиллированная, денонпзнрованная вода с удельным сопротивлением 106 ом-см при 20° С. .Массовая скорость в пересчете на кг/(м2-ч) варьировалась в пределах от 487000 до 2435000. Эксперименты ставились в электрическом поле при переменном напряжении до 5 кв частотой 50 гц.
