為了分析熱沉鰭片的熱傳性能，本研究設計一套實驗環路系統。
本章節將說明實驗主體架構、實驗量測、數據擷取系統、實驗方法及 步驟。
3-1 實驗主要設備架構
本實驗量測系統是使用一個離心式吸入型開放式風洞系統，其風 量量測標準是依據美國冷凍空調協會(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, ASHRAE)規範所設計。
圖 3.1 為本實驗室風洞量測系統示意圖，此風洞量測分為風量供應系 統、壓力量測系統、溫度量測系統、熱源供應系統、壓力扣具系統、
數據擷取系統等六個子系統所組合。
3-1-1 風量供應系統
實驗時為了避免外界環境溫度影響到系統內部的溫度，造成實驗 誤差，故在風洞外圍以熱傳導係數為0.03(W mk)之絕熱棉包覆住，並 在各截面加裝數個整流網以降低空氣不均勻流動的影響。風量供應部 分是由鼓風機(Blower)搭配微調式變頻器(Converter)，如圖 3.2、圖 3.3 所示，調整頻率提供所需要風量範圍，為了避免鼓風機因運轉時所造 成的震動現象直接傳入系統內部而影響實驗結果，故以伸縮風管連接
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鼓風機和風洞系統。本系統內噴嘴段亦加裝直徑為 18mm、13mm、
10mm 和 6mm 四種不同直徑大小噴嘴(Nozzle)，利用噴嘴前後兩端所 量測之差壓值，根據文獻[24]所提供符合風洞規範的風量計算公式計 算風量，進而控制所需要之正向風速。
3-1-2 溫度量測系統
本實驗使用 T-type 熱電偶(Thermocouple)，比照 ASHRAE 的標 準擺放方式，在測試段進口端與出口端分別配置 9 個溫度點及 18 量 測進口溫度(Tin)與出口溫度(Tout)，在鰭片的基部配置 5 個熱電偶量測 點以量測鰭片基部溫度(Tbase)，量測到的溫度訊號會獨立記錄並加以 平均，以增加其準確性並透過資料擷取系統顯示於電腦。
3-1-3 壓力量測系統
實驗所使用的壓力量測計皆為 YOKOGAWA 公司所生產的壓力 計，實驗設備接兩台壓差變送器，型號為 EJA 110A 和 EJA 120A，如 圖 3.4 所示，前者放置於風洞噴嘴前後，主要為控制噴嘴前後之壓力 差，適時的調整風洞的流量，達到控制測試段區間內流體的流速，其 量測壓差範圍為 0~1 kpa，輸出訊號為 4~19 mA，後者放置於風洞噴 嘴前，主要量測風洞風量靜壓為接近零之壓力，其量測壓差範圍為 0~1 kpa，輸出訊號為 4 至 20 mA，兩個差壓變送器連結 DBS 數位轉
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換器，如圖 3.5，將電流訊號轉成數問訊號後，再連接至數據紀錄器 以擷取其壓差值。
3-1-4 濕度量測
由 testo 公司所製造的溫濕度計，主要功能為量測實驗時環境的 溼度變化，以提供計算風洞風量所設定的參數，量測範圍為 0~100%
RH，精確度±2.5 %。
3-1-5 熱源供應系統
電源供應所使用熱源(Heat Source) Kapton 材質的電熱片，可容納 最大電流為 1.3 安培(A)，電阻值為 19.5 歐姆()。為了模擬電子晶片 (Chip) 的 發 熱 狀 態 ， 將 電 熱 片 安 裝 至 具 絕 緣 效 果 的 電 木 座 (k 0.47W mk)上，並搭配可調式直流電壓電源供應器(Direct Voltage Power Supply)與數位式功率計(Digital Power meter)，如圖 3.6 和圖 3.7，
以控制輸入加熱功率。
3-1-6 數據擷取系統
所有系統所輸出的資料皆由一台日本 YOkOGAWA 生產製造，型 號為 MX100 的資料紀錄器(Hybrid Recorder)，如圖 3.8，搭配網路連 接電腦進行資料擷取，而以 Lab View 圖控程式將擷取之數據做計算，
並將計算結果資料直接顯示在電腦螢幕上且紀錄。
3-1-7 壓力扣具系統
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方程式(3.7)中之 C 為 Discharge coefficient，表示為
0 . 9 9 8 67 . 0 0 6 1 3 4 . 6
0 . 6
階梯型鰭片(1/3step)(圖 3.11)、1/2 階梯型鰭片(1/2step)(圖 3.12)、1/3 梯型鰭片(1/3trap)(圖 3.13)和 1/2 階梯型鰭片(1/2trap)(圖 3.14)。平板型 鰭片規格為長 84mm、寬 70mm、高 45mm，鰭片高度為 37mm，厚 度為 1mm，間距為 2mm，其餘鰭片皆以平板型鰭片為基準，削掉部 分鰭片面積以期望達成旁通效應的效果詳細外觀可見圖。19
3-3 實驗方法
本實驗是藉由熱電偶量測出散熱鰭片基板底部內 5 點溫度，此 5 點位置如圖 3.20 所示，所有散熱鰭片都在都在此 5 個位置挖出溝槽 埋設熱電偶，其深寬尺寸為深 0.4mm、寬 0.8mm，使用該尺寸乃因與 熱電偶尺寸相近，有利於固定。本實驗輸入加熱功率皆為 30W，施 加約50.2kg的壓力，分別對每個鰭片以正向風速 Vf=1~5 m/s 做測試，
觀察其旁通效應大小不同所造成的影響，其有效熱傳η0h 及壓降△P 在不同實驗條件下的表現。
3-4 實驗步驟
3-4-1 實驗前準備工作
(1)熱電偶校正
熱電偶在點焊後，為了減少因點焊所造成的誤差，主要利用精確 度0.04℃的 RTD 標準溫度計作為標準件，將熱電偶測量端插入有許 多孔洞的高導熱性銅塊，使溫度均勻分布，再放入恆溫水槽，另一端 連接記錄器進行校正，校正範圍 10℃~80℃，紀錄標準件(標準溫度計) 測得與實際(熱電偶)所測得的溫度，以標準溫度為縱軸，實際溫度為 橫軸，加以線性回歸分析得到一線性方程式 y=ax+b 的形式，以確保 量測溫度的準確性，圖 3.15、圖 3.16、圖 3.17 及圖 3.18 為熱電偶校 正曲線。
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正向風速為 Vf=1~5 m/s，不同散熱鰭片測試，除了改變變頻器頻 率得到不同風速。
(6) 兩組差壓計進行歸零：開啟 Lab View 圖控程式，確定測試段安 裝無誤後，將連接高低壓端差壓計之 H 型導管，關閉其管路，利 用 BT200 儀器(圖 3.19)進行差壓計歸零動作。
(7) 設定測試條件之參數：接著在 Lab View 圖控程式設定我們要的測 試條件後，啟動鼓風機，調整變頻器得到我們需要之風速，將電 源供應器開啟，提供 30W 的電功率，待系統穩定後將資料擷取並 記錄，因實驗於一開始時系統尚未達到穩態，故仍需一段平衡時 間，我們判斷平衡的方式為觀測 h 值是否到達一定值，在溫度以 及 h 值的狀況皆達平衡，此時每秒紀錄一筆，擷取 10 分鐘後將 各獨立資料平均值進行溫度、熱傳及壓力之計算。
(8) 測試結束後停機程序：首先關閉電源供應器，待鼓風機持續運轉 直至加熱片溫度接近室溫後，再關閉鼓風機。
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圖 3.1 開放式風洞系統實驗示意圖
圖 3.2 鼓風機
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圖 3.3 變頻器
圖 3.4 差壓計
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圖 3.5 DBS 數位訊號轉換器
圖 3.6 可調式直流電壓電源供應器
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圖 3.7 數位式功率計
圖 3.8 MX100 數據紀錄器
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圖 3.9 壓力扣具
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圖 3.10 Plate 型鰭片示意圖
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圖 3.11 Step1/3 型鰭片示意圖
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圖 3.12 Step1/2 型鰭片示意圖
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圖 3.13 Trap1/3 型鰭片示意圖
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圖 3.14 Trap1/2 型鰭片示意圖
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圖 3.15 測試段進口 Tin熱電偶校正曲線
圖 3.16 測試段出口 Tout熱電偶校正曲線
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圖 3.17 測試段出口 Tout熱電偶校正曲線
圖 3.18 鰭片基底溫度 Tb熱電偶校正曲線
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圖 3.19 BT200
圖 3.20 鰭片底部溫度量測點示意圖
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表 3.1 不準度分析
Vf m/s 3.11%
Q W 2.25%
η0h W/m2K 3.7%
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