电场强化换热技术是一种有源强化换热技术,对沸腾换热的强化主要是来源于高压电场的两个效应:电场对流体的电对流效应和电场对汽泡的动力学效应。汽泡的生长和脱离是汽泡动力学的重要研究内容,外加电场力的作用会引起汽泡变形及其动态行为的改变,而汽泡动态行为的变化又直接影响核态沸腾换热。对于沸腾换热过程中热量传递机理的研究可以归结为对汽泡动态特性的探索与认识。本论文按照从无电场到有电场、从微观到宏观的递进研究顺序,研究了无电场时汽泡底部微液层弯月面的动态变化规律,以及在电场作用下竖直壁面弯月面、单个沸腾汽泡和肋表面多汽泡的蒸发与沸腾现象,获得了下列结果。汽泡微液层弯月面方面:弯月面因具有极薄的厚度是热交换中最强烈的部分。本文用激光干涉结合高速摄影技术记录了单个沸腾汽泡底部微液层的干涉图样,研究了微液层的动态变化规律。结合其他研究者的实验数据拟合出了汽泡成长过程中干区半径、基圆半径、微液层厚度和微接触角的变化规律公式。无量纲干区半径满足多项式变化规律;无量纲基圆半径满足对数变化规律,在干区出现之前,汽泡基圆半径随着汽泡的生长迅速增大;干区出现后增长趋势变得平缓;在汽泡成长初期微液层体积随着时间的变化而增加,干区出现后,由于微液层蒸发的增强,微液层体积开始逐渐减小;随着汽泡的生长,微接触角在干区出现前后均呈现出良好的线性递减趋势,这些结果对于深入理解沸腾换热具有积极的意义。竖直壁面弯月面方面:用激光干涉法研究了电场作用下置于开口测试段中竖直壁面弯月面的蒸发特性,从微观角度解释了电场强化弯月面蒸发的原因。实验中的热流密度分别为1.4W/m2和5.6W/m2,从弯月面到空气的蒸发质量流率随着电场强度的增加而增加;在施加电场后,弯月面在电场力、重力、表面张力和惯性力的综合作用下沿着竖直壁面爬升,并且上下波动,因此增加了弯月面的蒸发面积;并且弯月面接触角减小、液膜变薄,从而弯月面的导热热阻减小,有利于加热面通过微液层向外界传递热量。单个沸腾汽泡方面:用高速摄影技术研究了不同加热功率时单个沸腾汽泡在不均匀电场中的动态特性,包括汽泡的生长时间、等待时间、脱离半径、脱离频率和接触角等,对深入研究电场强化沸腾换热具有一定的积极意义。实验中发现随着电场强度的增加,由于介电泳力的压制作用,使得汽泡生长时间逐渐增加,脱离频率和脱离直径减小,从而导致蒸发潜热降低;热边界层内电对流效应显著增强,使得热边界层内的冷热流体混合更充分,降低了汽泡成核温度,从而使得汽泡的等待时间增加,由此证明本实验中电对流效应是电场强化沸腾的主要原因。肋表面沸腾方面:通过可视化方法研究了不同电场强度和不同热流密度下电对流效应和沸腾表面汽泡的动力学特性。在不同肋高表面的沸腾实验中发现,在肋高为0mm、0.2mm和0.5mm时,在低过热度区(△T<20℃),电对流作用起到强化沸腾效果;在中过热度区(20℃<△T<30℃),电对流作用减弱,由于电场对汽泡的压制作用恶化了沸腾换热,施加电场后壁面温度升高;在高过热度区(△T>30℃)汽泡合并成汽柱或汽块,电场的施加使汽块或汽柱破裂从而又强化了沸腾换热。而在肋高为2mm时,只有两个区域,在低过热度区电场强化沸腾换热,而中过热度区及高过热度区,电场均使沸腾换热恶化。此外还对肋表面处于不同位置的汽泡所受电场力情况进行了数值模拟,模拟结果与实验结果吻合良好。最后本文基于力平衡原理,建立了匀强电场中光滑表面上汽泡脱离直径模型和临界热流密度模型,模型预测值与实验值能够很好的吻合。