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华 南 理 工 大 学 学 报 自 然 科 学 版
第 卷 第 期
Journal of South China University of Technology
VolNo
年 月 Natural Science Edition December
文章编号 X
收稿日期
基金项目 广东省自然科学基金资助项目S广东省科技计划项目B
作者简介 韩光泽男教授主要从事外场作用下的传递过程研究Email phgzhanscuteducn
电 场 强 化 对 流 传 热 的 热 力 学 机 理
韩光泽陈佳佳
华南理工大学 物理系 广东 广州
摘要 外场作用能够有效地强化传递过程电场强化传热便是其中的一个研究热点为
揭示电场强化对流传热过程的热力学机理文中利用能量公理建立了电场作用下的基本
热力学关系定义了电场作用下的焓和吉布斯函数导出了等温条件下焓随电场的变化以
及绝热条件下温度随电场的变化关系结果表明对于常用的液体物质在有效的工作温
度范围内焓在等温过程中随电场增加而减小温度在绝热过程中随电场增加而上升如
果在系统放热过程中施加电场作用焓减小意味着系统能够放出更多的热量温度上升意
味着更利于向低温热源放热因此电场作用能够提高传热效率文中还基于此热力学机理
提出了一个电场强化对流传热过程的原理图
关键词 对流传热 能量公理 电场 电热效应
中图分类号 OO doi jissnX
热量传递过程是工程热物理和化学工程领域的
重要研究课题强化传热过程是其中主要的研究方
向
传统的强化换热方法主要是通过人工粗糙
壁面机械搅拌振动流体旋转等方式强化管内流
体的强制对流换热
利用不同物理场之间的相互
耦合来实现强化传热是近年发展起来的一种新的强
化传热技术具有效率高应用广泛的优点
利
用外场强化传递过程是目前的研究热点其中利用
电场强化传热是一种重要的技术手段目前的研究
和应用主要集中在电场强化沸腾成核等方面
热力学是热运动的宏观理论通过对热现象的观测
实验和分析人们总结出适用于一切宏观物质系统
的基本定律具有高度的可靠性和普遍性热力学以
热力学基本定律为基础应用数学方法通过逻辑演
绎可以得出物质各种宏观性质之间的关系宏观过
程进行的方向和限度等
文献 从热力学基
本原理出发利用能量公理建立了外场作用下的普
遍化热力学关系式利用这些关系式可以用热力学
方法有效地描述外场作用下系统的变化过程文中
利用这一研究方法探讨电场作用下系统焓和温度
的变化揭示电场强化对流传热过程的热力学机理
为相关的工程应用提供参考
电场作用下系统的焓与温度
设有多种外场作用于一个热力学系统则普遍
化的系统热力学能的微分可以从能量公理 原称为
能量共设导出
dU TdS pdV
i
dn
i
X
j
dx
j
式中U 为系统内能T 为温度S 为系统的熵
i
dn
i
表示系统化学能X
j
dx
j
表示第 j 种外场作用所引起
的系统热力学能的增量例如电场作用下系统热力
学能的 增 量 也 就 是 电 场 做 的 极 化 功
是
EdP其中 E 为电场强度P为系统的总电偶极矩
PPVP 为极化强度V 为系统的体积对于一个
电场作用下没有化学反应的均相封闭物质系统如
果体积功可忽略式可简化为
dU TdS EdP