ㄇ型渠道頂部壁面溫度量測

如同上述將加熱片安置於渠道頂部內面之 Z 速度向量較微弱區域，

以利簡化實驗成為二維流場，並將加熱片與渠道頂部內表面緊密結合無 縫隙與击起如圖 2-12 所示，其中以每三片加熱片為一群組，分為前段加 熱區域、中段加熱區域、後段加熱區域，在每一個加熱區域裡靠左側與 靠右側的兩個加熱片其作用為熱保護功能，所以中間的加熱片為實際換 算平均紐塞數的依據，實驗時ㄇ型管道會先進行靜態量測，待實驗數據 與數值計算值吻合後，再進行ㄇ型渠道之往復動態量測，由於 Yokogawa 公司型號 DA-2500E 的資料擷取器掃描速度較慢，故無法配合ㄇ型渠道 的往復運動速度來進行暫態溫度的量測。因此以個人電腦每 60 秒求得各 量測點的溫度，觀察其平均溫度的變化。溫度量測的實驗步驟如下：

1. 將管道流體雷諾數調整至實驗所需的數值。

2. 啟動往復運動機構。(靜態量測可忽略此步驟) 3. 等待流場與實驗設備運轉穩定。

4. 啟動電源供應器並個別調整加熱片的輸入功率，使各加熱片表面溫 度不僅皆相同(即溫差≦0.1℃)，且銅箔表面與進口流體的平均溫差 還必頇維持在 10±0.1℃。

5. 取一小時為量測的時間單位，若在量測的時間內，各加熱片表面溫 度皆相同(即溫差≦0.1℃)，且銅箔表面與進口流體平均溫差持續維 持 10±0.1℃，則可判定溫度場趨於穩定，故可開始分析實驗數據，

反之繼續實驗。

利用電源供應器的電能轉換來模擬熱源時，最理想的狀況為所有熱量 皆傳遞到銅箔上，但實驗中熱量損失無可避免，在忽略熱輻射的前提下，

當熱量輸入加熱片後，有三種傳遞的途徑，一為經由表面的銅箔傳入流 場，此為計算紐塞數的主要部分。另一為經由巴沙木向後方散逸，第三部 分則為加熱片彼此間的熱傳。

圖 2-12 加熱片於ㄇ型渠道頂部位置圖

z

x Y

x z

Front

Middle Back

加熱片元件的熱量計算原理與其紐塞數之定義如下述(a)至(e)所示:

（a）輸入加熱片的能量:

電源供應器提供加熱片能量，輸入能量為輸入電壓與電流乘積 I

V

Q_in   （2-2）

（b）散逸的能量:

雖然巴沙木背面加有絕熱泡棉，但仍有熱量由此散逸 dy

dT A k

Q_lose _b _b （2-3）

式中k 為巴沙木熱傳導係數=0.055 （W/m℃） _b A 為巴沙木面積=0.032×0.0132=4.2×10b ^-4（m²） dT 為巴沙木兩端溫度差（℃）

dy為巴沙木厚度=0.0011（m）

（c）加熱片間熱傳:

因加熱片有熱保護措施防護其中，故加熱片間彼此的熱傳效應 幾乎微乎其微，故可以忽略不計。

（d）ㄇ型渠道頂部壁面平均紐塞數 Nu 估算:

由加熱片傳入流場的總能量為

lose in

air Q Q

Q   （2-4）

根據紐塞數定義計算击塊高溫加熱片的平均值

a w h

air

k h T A

Q 

 

Nu （2-5）

式中 A 為加熱片總表面積=0.032×0.0132=4.2×10_h ^-4（m²） Tw

 為加熱片銅箔表面與進口流體平均溫差=10℃±0.1℃

h 為管道寬度=0.03（m）

ka為空氣熱傳導係數=0.025（W/m℃）