• 沒有找到結果。

在實際應用上,因為主流溫度(Tm)不是常數,所以[2.4]式必須利用杜 罕莫疊加原理(Duhamel superposition theorem),如以下數學式表示:

=

紐賽數(Nusselt number Nu),利用公式[2.6]可分析冷卻通道內的熱傳 效果。 對熱傳係數的影響。由 Dittus/Boelter-McAdams 關係式可計算出紐賽數 (Nu)的比值:

在高速旋轉過程中會產生科氏力以及旋轉浮力,對於通道內熱傳分佈有極

中色調(H)主要用來分辨顏色,不同波長的光顯現出不同顏色,如:紅、橙、

(2) 向列型(Nematic): 由長型棒狀分子組成,排列方式為縱向平行排列,

不同層的結構中分子排列位置皆不相同,排列方式較無規則性,向列型優 點為:黏滯性小,液晶分子的方向容易改變,反之,缺點為:易流動的特性 不適用於當作顯像的介質。

(3) 膽固醇型(Cholesteric):由長型棒狀或板狀分子組成,排列方式逐層 以螺旋方式堆疊而成,在各層中均沿著某特定方向平行排列,而層與層之 間排列方向的角度略發生一些變化。膽固醇液晶的特殊排列方式,具有特 別的光學性質,如:選擇性光散射以及旋光性等性質。

本實驗採用膽固醇型液晶,隨著溫度上升,螺旋旋距會縮減,波長也 跟著變短,在液晶變色範圍內,從低溫到高溫的變化過程,起先為無色慢 慢轉變成紅色,隨著溫度升高,液晶顏色順序為黃、綠、藍、紫,當超過 液晶變成範圍後,漸漸的又變回無色狀態。

2-5 靜止液晶校正曲線

不同操作參數下,如:光源選用、CCD拍攝位置以及液晶噴塗厚度等,

不同參數下液晶校正曲線有所差異,因此在實驗機台架設完成後,必須對 液晶先進行一次校正,且確保日後實驗的環境和校正時之環境相同,並求 出校正曲線圖。校正過程利用15mm × 15mm之銅片,將熱電偶線(type T)黏 在銅片上並連接到溫度記錄器,以便記錄銅片溫度的變化過程,由於銅片

2-6 旋轉液晶校正曲線

當測試通道處於高速旋轉狀態下,將造成光源之反射角度改變以及冷卻 通道產生微小的角度偏差,為了避免上述變因造成實驗之誤差,因此本文 列出不同操作條件下,對於液晶校正曲線的差異性。

對於微小角度偏差的影響,本實驗設置偏差角度為: 1∘、3∘、5∘以 及10∘,藉由結果來判別角度對於液晶校正曲線之影響程度。而在不同旋 轉速度下,液晶校正曲線也會有些許差異,因此對於旋轉速度的影響,本 文使用了三種頻率進行校正,分別為:5Hz、6Hz以及7Hz,所對應之旋轉速 度為:300RPM、360RPM以及420RPM,經由各種測試方式,找出實驗之不準度 誤差值。

閃頻儀中的占空比(Duty Cycle)也是影響實驗參數之一,本文使用固定 方波之訊號,方波一個週期為1/6s,而占空比的大小決定視覺暫留的時間,

若占空比設定太大,導致冷卻通道產生殘影現象,因此必須選定適合的占 空比,以占空比1%為例,表示真正有作用的時間為1/600s,其餘時間不作 用,由此可見,占空比越小,視覺暫留的效果越佳,對此本實驗做了占空 比為: 50%以及1%之校正,並和全亮光源之校正曲線做比較。

2-7 內冷卻通道之旋轉效應

冷卻通道在高速旋轉中,熱傳分佈會被科氏力(Coriolis)以及旋轉浮力 (buoyancy)所影響,科氏力的產生會改變速度場以及溫度場的偏移。[圖 2-4]

顯示旋轉產生之科氏力與浮力,對於內冷卻通道之影響,在第一通道區中 (First pass) , 冷 卻 流 體 因 科 氏 力 的 影 響 強 制 偏 向 翼 後 緣 (Trailing Surface),進而提升此區域之熱傳分佈 ,另一方面,在第二通道區中 (Second pass) , 冷 卻 流 體 因 科 氏 力 的 影 響 強 制 偏 向 翼 前 緣 (Leading Surface)之位置。高速旋轉的離心力(centrifugal force)以及溫度差的因 素造成浮力產生,在第一通道中,浮力和流場慣性力有疊加的效果,而在 第二通道區,因流體的流向導致旋轉浮力和慣性力的作用剛好相反,因此 在第一通道區的熱傳值,翼後緣將會大於翼前緣,而第二通道區熱傳分佈,

翼前緣將會大於翼後緣。由[圖 2-5]可得知,旋轉方向若為逆時針方向旋轉,

迎風面的部位稱為翼前緣(Leading Surface),背風面的部位稱為翼後緣 (Trailing Surface),不同的旋轉方向,翼前緣以及翼後緣的定義也不同。

2-8 不準度分析

本實驗不準度分析(Uncertainty)之計算是根據 Moffat 在 1988 年所提 出的分析方法[37],文中提到實驗的總結果 R 是由一連串的量測數據X1, X2, X3, …, XN(無論是由量測工具或是人為觀察)所計算得知,故 R 的組成函 數可以由[2.10]式表示:

R=R(X1, X2, X3, …, XN) [2.10]

文中定義Xi為一量測結果之數值,其有一量測誤差為δXi,並將其量測 誤差所造成的量測結果數據表示成:

Xi = Xi(measured) ± δXi [2.11]

並且必須符合以下定義:

1. 最精準的量測結果為Xi(measured) 2. Xi量測的不準度最大值為δXi

3. ±δXi的值大於Xi的機率應為 2.5%以下

文中並參考 Kline and McClintock 在 1953 年的論述[38],在實驗中 若第 i 項量測數據有誤差存在時,將 R 對Xi作偏微分可得:

δRXi =δδXR

iδXi [2.12]

而當實驗中的結果 R 函數中有數個各別獨立的量測誤差,則 將其總實驗誤差用統計平方公差法(root-sum-square method)表示:

δR = �∑ �δδXR

(表 2.1)表示經計算後的各量測參數之誤差量,表中也列舉出本實驗各 參數的誤差範圍,並且以本實驗非肋條正上方的局部熱對流係數值計算其 不準度,可以計算出局部熱對流係數 h 之總誤差量,即:

δh = [(12.62)2+ (19.36)2+ (4.75)2+ (11.62)2+ (5.01)2]12 = 26.77(W/m2℃)

故本實驗之不準確度δh/h為 21.76%

h=123.01

Tm Tw,i Tw t k�

Uncertainty 0.5℃ 0.5℃ 0.5℃ 0.2s 30 hTm hTw,i hTw ht hk�

135.63 142.37 127.77 134.63 117.99 δhTm δhTw,i δhTw δht δhk�

δR

δXiδXi 12.62 19.36 4.75 11.62 5.01 δh h⁄ =21.76%

表 2-1:不準度分析

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