初步結果

圖 3.6 為平板型的流場模擬圖，從圖中可以明顯地發現：在流體 流經管子後，管子的後方會形成一個明顯的迴流區。在此迴流區內，

由於流體速度緩慢，故熱傳效果相當差；不僅僅如此，由於迴流區屬 於局部低壓區，所以會有相當大的壓力阻力。因此，若能將流體順利 的引入此迴流區，使得迴流區的範圍縮小，不但可以使流體加速、增 強熱傳；更可以降低壓降。故之後的設計，將朝這方面前進。而表格 2 為平板型鰭片的模擬結果，將依此的 h 以及 ΔP 作為標準。

圖 3.7 為流體通過一顆 VG 後的流場模擬圖。圖中灰色的固體為 VG，其餘線條為流線，線條的顏色深淺代表溫度高低。從圖中可以 發現：就單一顆渦流產生器而言，前端部分由於流體直接撞上，故熱 傳會有局部最大值；在側邊及後方亦有渦流的形成，且明顯地看到許 多顏色較淺的流體，由下排被引入至上排中，而這些都是增強熱傳的 機制，且與當初預期的差不多。

至於 VG 放置的位置、數量，以及排列方式，再嘗試過許多種方 法後，重要的排列如表 3 所示，可知”VG-V 排”這個的熱傳效果最好，

且壓降也是被控制在一定範圍內，故採用此為開模依據。至於整體的 流場圖，如圖 3.9 所示，可得知：銅管後方的迴流區有明顯地縮小；

而此處的鰭片溫度，與平板型鰭片相比，亦有明顯降低。這些現象均 充分顯示：熱傳效果是有所提升。但與預期不同的是：其上升的量是 相當有限的。這原因或許是發生在第二根管上。由於置入渦流產生器，

會使得鰭片變得凹凸不平，會使得流體通過時，其摩擦壓降大幅度增 加，使流體整體通過第一根管後的速度大幅減緩。而在流經第二根管 時，流體受渦流產生器的影響下降許多。從圖中幾乎看不到有渦流的

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現象，且第二根管後的迴流區大小，也幾乎沒有縮小的趨勢，與第一 根管相比亦大得許多，甚至與平板的不相上下。上述的現象，使得在 使用渦流產生器的數量上，必須要好好控制，太少會幾乎無法增強熱 傳效果、太多不但會造成多餘的壓降，熱傳現象也不見得較好。

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圖 3- 1 SolidWorks Flow Simulation 操作畫面截圖

圖 3- 2 平板型板片圖檔與相關尺寸

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圖 3- 3 本實驗中所用的 VG

圖 3- 4 實際模擬時的示意圖 箭頭為流體前進方向

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圖 3- 5 網格生成示意圖

表 1 在不同網格等級下的數值

h

(W/m2×K)

流體出口溫度 (℃)

壁面平均溫度 (℃)

壓降 (Pa) 網格等級

45.82 31.74 46.34 72.30 8+8 45.45 31.80 46.43 72.56 6+8 45.78 31.82 46.44 71.55 4+8 45.61 31.84 46.45 71.28 4+4

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圖 3- 6 平板型鰭片的流場模擬

表 2 平板型鰭片的模擬結果

VG 型態

h (W/m2×K)

solid temp (℃) fluid temp (℃) ΔP (Pa)

平板 45.09 46.55 38.56 21.86

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圖 3- 7 流體通過 VG 前的流場圖

圖 3- 8 流體通過 VG 後的流場圖

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表 3 重要的鰭片種類示意圖，以及模擬結果 VG 型態 平板 VG-修正 I VG -V 排 VG V+

鰭片表面 示意圖

h

(W/m2×K)

45.09 52.15 52.46 51.51

ΔP (Pa) 21.86 45.05 40.16 42.58

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圖 3- 9 模擬求得最佳解的流場圖

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