2-1 實驗設備
本實驗架構主要分為兩部份，一為避免外界空氣擾動與控制環 境溫度的自然對流恆溫腔室，一為模擬熱源的測試段。自然對流實 驗設備架構示意圖如圖 2-1 所示。以下分別介紹所需用到的實驗設 備：
1. 自然對流恆溫腔室：為 LONG WIN 公司生產的 LW-9022；此 恆溫箱內部採用紅外線加熱的方式，可有效的維持恆溫箱內 部的溫度在±1℃，箱體為透明壓克力，可以清楚地觀察恆溫 箱內部之實驗情況，如圖 2-2 所示。
2. 記錄器：使用 YOKOGAWA 公司生產的 MX-100，可將從熱 電偶得到的訊號轉換成溫度並顯示於電腦上，亦可將之紀錄，
如圖 2-3 所示。
3. 電源供應器：使用 GW 公司的 GPR-7550D，最大輸出電壓為 75V，最大輸出電流為 5A。如圖 2-4 所示。
4. 功率計：使用 YOKOGAWA 的 WT230，可以直接由顯示面板
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觀察電壓、電流及功率值，如圖 2-5 所示。
5. 接觸壓力量測裝置：本設備為 LONG WIN 公司生產的
LW-9052，壓力範圍：0-100 kgf，壓力精度：±0.1 %，壓力行 程範圍：20 mm，實驗時固定壓力為 20 kgf。如圖 2-6 所示。
6. 電熱片：使用 Kapton 材料超薄電熱片，尺寸為 100mm×100mm，
電阻值為82.7Ω，如圖 2-7 所示。
7. 恆溫水槽：可自由控制水溫之設備，配合恆溫銅塊及溫度量 測標準件(RTD)可用來校正 T 型熱電偶，如圖 2-8 所示。
8. 均溫銅塊：配合恆溫水槽來校正熱電偶，如圖 2-9 所示。
9. T 型熱電偶：線芯使用銅/銅鎳合金兩條金屬線所構成，當兩 種不同性質之金屬端點接觸，形成一封閉迴路，但因兩種金 屬性質上的差異，使得不同端點間存在溫度差，而此溫度差 則會造成電動勢進而產生電流，記錄器則會依照兩金屬間之 電位差來將此訊號轉換成溫度並顯現於記錄器上。如圖 2-10 所示。
10. 標準溫度計：以 RTD 作為標準溫度計，來校正 T 型熱電偶，
如圖 2-11 所示。
11. 真空斷熱板：真空絕熱板（Vacuum Insulation Panel，簡稱 VIP）
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是真空保護表層內填充芯材，抽真空後再熱封而成的一種板 材。由於它有效地避免空氣對流傳熱，因此導熱系數大幅度 降低，小於 0.004W/mK，僅為目前最常用保溫材料──聚氨酯 硬質泡綿的 1/4～1/6，是世界上最先進的高效保溫材料。如 圖 2-12 所示。
2-2 儀器校正
2-2-1 熱電偶校正
在實驗操作之前，必須先校正熱電偶，才可確認量測溫度之精準 性。本實驗使用採用OMEGA販售之T-type熱電偶，其標準誤差為1°C 或0.75%。因此在實驗操作之前，須先校正熱電偶方能確定量測溫度 之精確性。校正儀器包含一經過校正之電阻式溫度計以及恆溫水槽。
首先將熱電偶的一端與記錄器連接，另一端則放入一均溫銅塊的孔洞 內，最後將銅塊放置於恆溫水槽中。依實驗的需求，校正範圍為20°C 至100°C，並將標準溫度計的溫度感應端放入均溫銅塊的中央量測溫 度。校正以20°C為一個階段，記錄每一條熱電偶量測出來的溫度以及 標準溫度計量測出來的溫度。溫度量測完畢後，熱電偶量測出來的溫 度為橫軸，標準溫度計量測出來的溫度為縱軸，最後可以獲得每條熱
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電偶之y = ax + b之關係式。在此校正25條熱電偶，其校正方程式如表 2-1所示。其中一條熱電偶的校正曲線如圖2-13所示。
2-3 實驗步驟與資料簡化
為了避免外界空氣的擾動而影響實驗的準確性，實驗是在一個 瑞領科技股份有限公司生產的 LW-9022 自然對流恆溫腔室中進行，
體積為 86 × 86 × 116cm (W×D×H)，可提供環境溫度介於室溫 +3℃~70℃，溫度精度：±0.5℃，溫度均勻度：±2℃。本實驗為量測 發泡銅散熱鰭片在自然對流條件下之熱傳性能，樣本上視圖與前視 圖如圖 2-14 與 2-15 所示。實驗參數為有無燒結發泡銅、發泡銅厚 度與孔數率，並以銅平板作為對照。不同厚度與孔數率(PPI)發泡銅 條如圖 2-16 所示。散熱鰭片在環境溫度 30C ± 1C 下進行實驗，
電源供應器輸入功率從 2.5W 到 25W。
為減少擴散熱阻，電熱片與散熱鰭片底板為相同面積，電熱片 下方以 VIP 板(真空斷熱板、真空絕熱板)(k＜0.004W/mK)作為絕熱 材料以減少熱損。電熱片與散熱鰭片底板間塗上散熱膏(k=3W/mK)。
為了減少接觸熱阻，以 LW-9052 接觸壓力量測裝置來施加壓力，每 次實驗固定壓力為 20kgf，電熱片以電源供應器加熱。
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El-Riedy [15]的經驗式做比較，如圖 2-18 所示。
實驗除了做水平角度以外，還另外做垂直角度。由於垂直角度 又有兩種擺放方式，所以分為垂直橫向與垂直縱向擺放，如圖 2-19 所示。各種樣本形式工程圖如圖 2-20 所示。
第一、二、三組實驗樣本相關參數如表 2-2、2-3、2-4 所示。
實驗樣本總表如表 2-5 所示。
圖 2-1 自然對流實驗設備架構示意圖
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圖 2-2 自然對流恆溫腔室
圖 2-3 MX100 紀錄器
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圖 2-4 電源供應器
圖 2-5 功率計
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圖 2-6 接觸壓力量測裝置
圖 2-7 電熱片
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圖 2-8 恆溫水槽
圖 2-9 均溫銅塊
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圖 2-10 T 型熱電偶
圖 2-11 標準溫度計(RTD)
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圖 2-12 真空斷熱板
圖 2-13 熱電偶校正方程式：線性方程式
y = 1.0015x + 0.1994
0 20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100
熱電偶 R
T D
單位：℃
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圖 2-14 發泡銅樣本上視圖
圖 2-15 發泡銅樣本前視圖
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圖 2-16 不同厚度與孔數率(PPI)發泡銅條
圖 2-17 熱電偶線量測 Tbp位置(五點取平均)
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Ra
0 1e+6 2e+6 3e+6 4e+6 5e+6 6e+6
Nu
0 10 20 30 40
Al-Arabi and El-Riedy (1976) Present work
圖 2-18 平板自然對流實驗與經驗式比較
圖 2-19 垂直橫向與垂直縱向擺放
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圖 2-20 各種樣本形式工程圖
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16 10mm,20PPI 20 0.0196 10 170.11
17
2mm 平板
(黑體漆)
* 0.0108 * 177.97
18
4mm 實心銅
(黑體漆)
* 0.01432 4 319.2
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