第三章 實驗結果與討論
3.2 實驗數據整理與分析
3.2.6 在相同情況下，不同角度對池沸騰的影響
本論文是在加熱面傾斜 45 度的情況下，當不同的間隙以及氣體 次冷度時進行池沸騰熱傳的實驗，現在把最後的實驗結果與 黃智敏 [22] 所做的加熱面水平情況以及 吳克敏[18] 所做的加熱面垂直情 況作比較，如表 3-4 所示。
由表所示的結果可以發現，在開放加熱面的情況下，角度 0 度 以及 45 度的臨界熱通量幾乎相等，而角度 90 度的臨界熱通量明顯 較低，所以可以知道在沒有間隙的情況下，加熱面角度 0 度及 45 度 的沸騰結果會相當接近，而加熱面垂直情況比較低是因為在高熱通量 時，大量氣泡因為浮力而容易掃過加熱表面，使得薄膜沸騰更快形成 的關係。在間隙 3 mm的情況下，角度 45 度的臨界熱通量最高，其 次為角度 90 度，角度 0 度為最低，可見角度 0 度時受到間隙的負 面影響最明顯，因為檔板直接擋住了氣泡上升的路線，使得薄膜沸騰 的提早發生；角度 45 度產生的氣泡則會分布在加熱面與檔板之間的 空間往上方移動，加了間隙而產生的負面影響並不明顯。在間隙 2 mm 的情況下，角度 45 度的臨界熱通量仍然最高，其次為角度 90 度，
角度 0 度的臨界熱通量則已經不到角度 45 度時的一半了。在間隙 1 mm的情況下，可以發現角度 90 度的臨界熱通量變成最高，其次為 角度 45 度，最低為角度 0 度。由此可知間隙 3 mm以及 2 mm的最
佳情況為加熱面角度 45 度，而到了間隙 1 mm則明顯受到間隙的負 面影響使得熱傳性能大量降低，使得薄膜沸騰明顯地提早發生，至於 角度 0 度的臨界熱通量則已經不到 50 kW/ m2。在間隙 0.5 mm的 情況下，角度 90 度的臨界熱通量為最高，其次為角度 45 度，最低 為角度 0 度，此時角度 0 度的臨界熱通量甚至已經不到 20
/ m2
kW 。
由上述可知，在未加間隙的情況下，加熱面角度 0 度以及 45 度的池沸騰性能為最佳；在有間隙的狹窄矩形空間中，當間隙為 3 mm以及 2 mm時，池沸騰性能最好的為加熱面角度 45 度，而當間隙 小至 1 mm以下時，則是加熱面角度 90 度為最佳，往後可由此結果 來設計出符合加熱片的最適宜傾斜度。
表 3-1 實驗操作參數 (註：S為間隙大小；Cg為可溶解氣體含量moles gas / mole liquid)
表 3-2 可溶解氣體含量表[18]
表 3-3 不同氣體次冷度與不同間隙大小在FC-72的沸騰數據比較表 13.32 17.77 22.72 28.08 49.14 45.5 43.6 43.2 228.9 255.5 275.9 315.7
23.11 21.02 17.51 6.35 12.76 21 24.16 26.98 45.74 45.5 45.5 43.31 217.8 236.8 257.1 309.8 參數 間隙(S) = 2 mm 14.76 15.92 23.16 26.49 49.3 47.48 46.22 45.04 198.1 223 255.5 293.4
17.5 16.5 13.31 10.26 12.09 21.4 21.84 23.61 42.56 40.19 39.07 38.7 106.8 129.4 159.9 168.4 參數 間隙(S) = 0.5 mm 41.82 42.12 36.85 34.5 84.3 95 103.2 114.8
表 3-4 相同情況下，改變不同角度的沸騰數據比較表 228.9 255.5 275.9 315.7 176.4 209.3 230.1 240.4
180.5 203.7 217.8 236.8 257.1 309.8 182.2 208.5 235.2 245.6 加熱情況 150.8 189.1 215.8 237
30.93 48.97 106.8 129.4 159.9 168.4 125.1 152.2 186 214.1 109.8 139.3 169.5 189.6
(其中θ = 0° 為黃智敏[22]所做的結果，θ = 45° 為本論文所做的 結果，θ = 90° 為吳克敏[18]所做的結果)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 5 10 15 20 25 30
輸入熱量Qin(W)
熱損失比例ε
熱損失比例ε
圖 3-1 熱損失估算結果
CHF = 224.5 CHF = 281
0 50 100 150 200 250 300
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60
Surface Superheat,
Heat Flux,q''
Open (Cg = 0) [水平]
Open (Cg = 0.0029) [水平]
CHF ONB
) )(
( wall sat
sat K T T
T −
Δ
(a)
(b)
圖 3-2 水平開放加熱面下的池沸騰曲線圖(a)本實驗所做的沸騰曲
( a ) = 0 K
Open (Cg = 0) [Increase]
Open (Cg = 0) [Decrease]
CHF
Open (Cg = 0.0016) [Increase]
Open (Cg = 0.0016) [Decrease]
CHF
( c ) = 20 K
Open (Cg = 0.0029) [Increase]
Open (Cg = 0.0029) [Decrease]
CHF
Open (Cg = 0.0038) [Increase]
Open (Cg = 0.0038) [Decrease]
CHF
CHF = 228.9
Heat Transfer coefficient, h
Open (Cg = 0) [傾斜45度]
( a ) = 0 K
( c ) = 20 K
CHF = 217.8
Heat Transfer coefficient, h
S = 3 mm (Cg = 0) [傾斜45度]
( a ) = 0 K
( c ) = 20 K
CHF = 198.1
Heat Transfer coefficient, h
S = 2 mm (Cg = 0) [傾斜45度]
( a ) = 0 K
( c ) = 20 K
CHF = 106.8
Heat Transfer coefficient, h
S = 1mm (Cg = 0) [傾斜45度]
( a ) = 0 K
( c ) = 20 K
CHF = 84.3
Heat Transfer coefficient, h
S = 0.5 mm (Cg = 0) [傾斜45度]
CHF = 228.9
0 1 2 3 4 5
0 50 100 150 200 250
Heat Flux,q''
Heat Transfer coefficient, h
Open (Cg = 0) [傾斜45度]
S = 3 mm (Cg = 0) [傾斜45度]
S = 2 mm (Cg = 0) [傾斜45度]
S = 1 mm (Cg = 0) [傾斜45度]
S = 0.5 mm (Cg = 0) [傾斜45度]
圖 3-19 傾斜 45 度加熱面在氣體次冷度為 0 K(Cg = 0)時，不同間 隙大小的熱傳遞係數曲線圖
) / (kW m2
CHF = 255.5
0 1 2 3 4 5 6
0 50 100 150 200 250 300
Heat Flux,q''
Heat Transfer coefficient, h
Open (Cg = 0.0016) [傾斜45度]
S = 3 mm (Cg = 0.0016) [傾斜45度]
S = 2 mm (Cg = 0.0016) [傾斜45度]
S = 1 mm (Cg = 0.0016) [傾斜45度]
S = 0.5 mm (Cg = 0.0016) [傾斜45度]
圖 3-21 傾斜 45 度加熱面在氣體次冷度為 10 K(Cg = 0.0016)時，
不同間隙大小的熱傳遞係數曲線圖 )
/ (kW m2
CHF = 103.2
0 1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300
Heat Flux,q''
Heat Transfer coefficient, h
Open (Cg = 0.0029) [傾斜45度]
S = 3 mm (Cg = 0.0029) [傾斜45度]
S = 2 mm (Cg = 0.0029) [傾斜45度]
S = 1 mm (Cg = 0.0029) [傾斜45度]
S = 0.5 mm (Cg = 0.0029) [傾斜45度]
圖 3-23 傾斜 45 度加熱面在氣體次冷度為 20 K(Cg = 0.0029)時，
不同間隙大小的熱傳遞係數曲線圖 )
/ (kW m2
CHF = 114.8
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 50 100 150 200 250 300 350
Heat Flux,q''
Heat Transfer coefficient, h
Open (Cg = 0.0038) [傾斜45度]
S = 3 mm (Cg = 0.0038) [傾斜45度]
S = 2 mm (Cg = 0.0038) [傾斜45度]
S = 1 mm (Cg = 0.0038) [傾斜45度]
S = 0.5 mm (Cg = 0.0038) [傾斜45度]
圖 3-25 傾斜 45 度加熱面在氣體次冷度為 30 K(Cg = 0.0038)時，
不同間隙大小的熱傳遞係數曲線圖 )
/ (kW m2
Tsat
Δ = 20.03 K ΔTsat = 34.8 K q’’= 22.72 kW/m q’’= 117.29 kW/2 m 2
Tsat
Δ = 24.58 K ΔTsat = 49.14 K
q’’= 41.52 kW/m q’’= 228.98 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 30.51 K q’’= 86.3 kW/m 2
圖 3-26(a) 傾斜 45 度開放加熱面，氣體次冷度為 0 K(Cg = 0)，
Tsat
Δ = 20.4 K ΔTsat = 34.77 K q’’= 46.42 kW/m q’’= 136.57 kW/2 m 2
Tsat
Δ = 24.74 K ΔTsat = 45.5 K
q’’= 70.24 kW/m q’’= 255.54 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 29.95 K q’’= 105.52 kW/m 2
圖 3-26(b) 傾斜 45 度開放加熱面，氣體次冷度為 10 K(Cg = 0.0016)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 20.24 K ΔTsat = 34.97 K q’’= 68.44 kW/m q’’= 178.57kW/2 m 2
Tsat
Δ = 24.87 K ΔTsat = 43.6 K
q’’= 96.3 kW/m q’’= 275.99 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 30.07 K q’’= 136.57 kW/m 2
圖 3-26(c) 傾斜 45 度開放加熱面，氣體次冷度為 20 K(Cg =
Tsat
Δ = 20.3 K ΔTsat = 34.76 K q’’= 83.53 kW/m q’’= 207.89 kW/2 m 2
Tsat
Δ = 25.37 K ΔTsat = 43.2 K q’’= 115.15 kW/m q’’= 315.7 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 29.78 K q’’= 152.9 kW/m 2
圖 3-26(d) 傾斜 45 度開放加熱面，氣體次冷度為 30 K(Cg = 0.0038)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 20.2 K ΔTsat = 35.2 K q’’= 16.26 kW/m q’’= 112.75 kW/2 m 2
Tsat
Δ = 25 K ΔTsat = 49.3 K
q’’= 35.95 kW/m q’’= 198.19 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 30 K q’’= 68.44 kW/m 2
圖 3-27(a) 傾斜 45 度加熱面，間隙(S)為 2 mm，氣體次冷度為 0 K (Cg = 0)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 20.45 K ΔTsat = 35.31 K q’’= 47.07 kW/m q’’= 141.99 kW/2 m 2
Tsat
Δ = 24.6 K ΔTsat = 47.48 K
q’’= 66.66 kW/m q’’= 223.07 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 30.21 K q’’= 101.28 kW/m 2
圖 3-27(b) 傾斜 45 度加熱面，間隙(S)為 2 mm，氣體次冷度為 10 K (Cg = 0.0016)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 20.25 K ΔTsat = 35.04 K q’’= 66.66 kW/m q’’= 171 kW/2 m 2
Tsat
Δ = 24.83 K ΔTsat = 46.22 K
q’’= 91.12 kW/m q’’= 255.54 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 30.14 K q’’= 129.47 kW/m 2
圖 3-27(c) 傾斜 45 度加熱面，間隙(S)為 2 mm，氣體次冷度為 20 K (Cg = 0.0029)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 20.01 K ΔTsat = 35.12 K q’’= 80 kW/m q’’= 202.27 kW/2 m 2
Tsat
Δ = 25.2 K ΔTsat = 45.04 K
q’’= 114.8 kW/m q’’= 293.48 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 30 K q’’= 158.71 kW/m 2
圖 3-27(d) 傾斜 45 度加熱面，間隙(S)為 2 mm，氣體次冷度為 30 K (Cg = 0.0038)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 19.96 K ΔTsat = 41.82 K q’’ = 30.09 kW/m q’’ = 84.32 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 24.96 K q’’= 49.94 kW/m 2
Tsat
Δ = 30.2 K q’’= 70.77 kW/m 2
圖 3-28(a) 傾斜 45 度加熱面，間隙(S)為 0.5 mm，氣體次冷度為 0 K (Cg = 0)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 19.59 K ΔTsat = 42.12 K q’’= 48.62 kW/m q’’= 95.04kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 25.03 K q’’= 70.77 kW/m 2
Tsat
Δ = 29.05 K q’’= 82.6 kW/m 2
圖 3-28(b) 傾斜 45 度加熱面，間隙(S)為 0.5 mm，氣體次冷度為 10 K (Cg = 0.0016)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 20 K ΔTsat = 36.85 K
q’’= 72.67 kw/m q’’= 103.23 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 25.09 K q’’= 89 kW/m 2
Tsat
Δ = 31.01 K q’’ = 100.08 kW/m 2
圖 3-28(c) 傾斜 45 度加熱面，間隙(S)為 0.5 mm，氣體次冷度為 20 K (Cg = 0.0029)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
Tsat
Δ = 19.55 K ΔTsat = 34.5 K
q’’= 82.6 kW/m q’’= 114.8 kW/2 m (CHF) 2
Tsat
Δ = 24.31 K q’’= 99.14 kW/m 2
Tsat
Δ = 31.14 K q’’ = 110.85 kW/m 2
圖 3-28(d) 傾斜 45 度加熱面，間隙(S)為 0.5 mm，氣體次冷度為 30 K (Cg = 0.0038)，分別在低、中、高熱通量的池沸騰現象
50 150 250 350 450
50 150 250 350 450
Measured CHF
Predicted CHF
氣體次冷度 = 0 K 氣體次冷度 = 10 K 氣體次冷度 = 20 K 氣體次冷度 = 30 K 數列
圖 3-29 不同氣體次冷態下，隨著間隙的減小，臨界熱通量(CHF)的 預測值與實驗值比較圖
+30% +20%
+10%
-10%
-20%
-30%
Open S = 3 S = 2 S = 1 S = 0.5
) / (kW m2