方腔内电场强化固液相变传热

摘要

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Pr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,随着斯蒂芬数的Ste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Pr对电场强化固液相变效果的影响则依赖于离子迁移率M.