3-1-3 影像擷取系統
實驗影像擷取之設備型號為:SONY DSC-HX9V(日本製造)高速錄影 Full HD，最高解析度(resolution)為 1440×1080，快門速度為 30fps(Frame Per Second)，光圈值為 F3.3(W)-5.9(T) ，焦距為 4.28-68.48mm。配合相機腳 架的使用，固定相機位置以及相機焦距，確保日後實驗此項參數為定值，
訊號傳輸透過旋轉軸上方的滑動環式電路旋轉連接器，此滑動電路旋轉 連接器具有72條訊號線(MOOG 型號為AC6275) ，利用電刷連接訊號線達到 傳輸訊號之功用，因此本實驗的熱電偶線(T-type)藉由快速拆換的方式，
連接於滑動電路旋轉連接器其中一端訊號線上，另一端分別連接至電源供 應器以及熱電偶線集線器(NI 型號為9213) 中，配合電腦軟體Labview express 3.0溫度擷取系統，將熱電偶線顯示的訊號擷取於電腦中，並將實 驗溫度的數據輸出Excel檔案型式，以提供日後彙整數據用。
藉由實驗整體示意圖[圖3-2]可知，實驗用的冷卻空氣由往復式壓縮機 提供配合空桶儲存冷卻空氣，等待空桶存滿氣體後，經過集水杯(filter) 將空氣乾燥並且透過調壓閥調整壓力大小，在來利用針型閥以及流量計 (TOKYO KEISO 型號為TF-4000)調整實驗所需之流量，而熱能來源由空氣加 熱器配合溫度控制箱的使用達到加熱氣體之功用，當氣體達到實驗所需之 溫度時，最後利用三向閥將熱空氣送入底部的旋轉接頭，熱空氣將沿著中 空的旋轉軸往上流動經過旋轉軸承，最終到達旋轉臂的出口端，並進入測 試通道的第一通道區中，空氣通過測試通道後便經由第二通道區排放至大 氣中。
3-2-2 加熱系統與冷卻氣體供給
實驗模型由透明壓克力(acrylic)以及電木隔板(Division board)組成，
為了方便冷卻通道之熱傳分佈觀測故選用透明壓克力材質，觀測區厚度為 10mm，整體模型大小為 230mm×35mm×40mm(長×寬×高)，實驗壓克力流道大小 為 230mm×10mm×40mm(長×寬×高) ，利用肋條產生分離以及流體再接觸等現 象，藉以提高整體熱傳效應，其中肋條與主流方向呈 45 度，肋條寬度以及 高度為 1.5mm×1.5mm。空氣入口區大小為 10mm×15mm (高×寬) ，高寬比 (aspect ratio)為 1:1.5 並利用 O-ring 來防止氣體外漏，實驗測試模型共 分為三個部分：第一通道區(First-passage)、流體轉向區(Turn region) 以及第二通道區(Second-passage) ；第一通道區前段為長度 105mm 的平滑 流體發展區，而後段長度為 115mm 並且置入 45 度肋條來幫助提升熱傳效應，
之後進入流體轉向區，最後流體在經過第二通道區域，同樣的置入 45 度肋 條以增強熱傳之功用，流體通過第二通道區域後便排放置大氣中[圖 3-3]。
本文實驗冷卻通道共有兩種模型:平滑冷卻通道以及冷卻通道設置 45 度肋條之模型[圖 3-4] [圖 3-5]。流場的溫度量測，利用壓克力上的 12 個 孔洞直徑為 1/16 英吋(inch)，藉由熱電偶線的置入與滑動環式電路旋轉連 接器相連接，便可得冷卻通道內入口以及出口區域的溫度值。測試通道藉 由一圓盤連接(材質為尼龍)直徑大小為 225mm 厚度為 100mm，並以 12 支 M6 螺絲分別固定於旋轉機構的白鐵圓盤上，整體實驗模型外部再以鋁合金製 成的保護架包覆，用以防止旋轉時測試模型飛出與脫落[圖 3-5]。
3-3 實驗步驟 靜止實驗
1. 開啟 LED 光源以及固定電壓與電流，並拉上黑色布簾防止外在光源干擾，
確保實驗光源固定。
2. 將 CCD 攝影機固定於相機腳架上，確保實驗中不會移動與鬆脫，調整好 適當焦距與位置，實驗過程必須和校正時的環境狀態相同。
3. 開啟電腦中的 Labview express 3.0 用以顯示溫度變化過程，檢查熱電 偶線訊號是否正常，並記錄當下之室內溫度。
4. 開啟往復式空氣壓縮機，將氣體存入空氣桶內，利用調壓閥將壓力調至 為一大氣壓，待空氣體儲存滿後，便將氣體送出。
5. 利用針型閥以及電子式流量計，依照實驗雷諾數之數值，調整出正確的 流量範圍。
6. 開啟空氣加熱器，利用溫度控制箱配合實驗流量調整適當溫度，加熱過 程中確保有空氣通過，以免管路過熱使儀器燒毀。
7. 啟動 CCD 攝影機錄影功能，並配合碼錶使用，以便得知液晶變化過程中 的正確秒數。
8. 待溫度達測試之溫度，旋開三向閥導入熱空氣進入測試部模型，測試區 溫度也隨著電腦同步紀錄儲存。
9. 將實驗過程擷取之影像以及電腦紀錄之溫度，配合碼錶的使用，得知溫 度與影像的關係，再利用影像處理程式(matlab)進行計算可求得對流熱 傳係數 h 之分佈。
10. 彙整實驗數據進而分析比較數值的差異性。
旋轉實驗
1. 重複步驟 1-6
2. 開啟波型訊號產生器，此實驗外部觸發訊號為方波，並設定適當的占空 比大小。
3. 開啟變頻馬達控制器，調整適當頻率用以提供實驗所需之轉速，並和 LED 光源達到同步之效果。
4. 啟動 CCD 攝影機錄影功能，並配合碼錶使用，以便得知液晶變化過程中 的正確秒數。
5. 待溫度達測試之溫度，旋開三向閥導入熱空氣進入測試部模型，測試區 溫度也隨著電腦同步紀錄儲存。
6. 將實驗過程擷取之影像以及電腦紀錄之溫度，配合碼表的使用得知溫度 與影像的關係，再利用影像處理程式(matlab)進行計算可求得對流熱傳 係數 h 之分佈。
7. 彙整實驗數據進而分析比較數值的差異性。
第四章 實驗結果與討論
4-1-2 液晶校正曲線之閃爍頻率影響
Generator)外部觸發功能，讓實驗 LED 光源達到閃爍之目的。不同的旋轉速 度所對應之觸發頻率也不同 ，本實驗旋轉速度為 360RPM，波型產生器設定 的頻率為 6Hz，配合馬達變頻器以及波型產生器的使用，可使高速轉動的物 體達到靜止之效果，因此本文探討旋轉速度對於液晶校正曲線之影響，便 於日後旋轉實驗之基準[圖 4-2]。圖中設定三種閃爍頻率(5Hz、6Hz 以及 7Hz)與無閃爍的狀態，使用白平 衡系統以及占空比固定為 50%的狀態下，結果可知，旋轉速度的效應對於液 晶校正曲線影響很微小，並和先前白平衡校正一樣，當校正曲線色調值(Hue) 越大，各點的間距也變得更密更集中，此時的誤差也將變成很小，此結果 可當日後實驗旋轉速度與校正曲線關係之基準，閃爍效應對於校正曲線之 影響，最大誤差值為 3%。
4-1-3 液晶校正曲線之偏差角度影響
4-1-4 液晶校正曲線之占空比影響
波型產生器觸發 LED 光源閃爍，改變占空比(Duty Cycle)的方式可控制 光源閃爍的停留時間，本文外部觸發使用的波形為方波，本文工作週期為 1/6 s，以占空比(Duty cycle)1%為主，真正有作用的時間為 1/600 s(觸發 時間)，其餘為不作用的關閉時間，藉由改變占空比的大小，可以有效微調 光源閃爍的停留時間，達到視覺暫存之目的。
本文為了避免殘影現象的發生，因此選用占空比為 1%的狀態下操作，
因觸發時間極為短暫，大幅提升對於冷卻通道的觀測清晰度。[圖 4-4]分別 為占空比 100%(沒有閃爍)、占空比 50%、20%以及占空比 1%的比較，此時使 用白平衡系統以及閃爍頻率為 6Hz，當色調介於 0~120 之間，此時顏色由紅 色轉變為綠色，此時最大誤差值為 2%，而色調介於 120~240 之間，顏色變 化由綠色轉變為藍色，此時最大誤差值為 7.9%，由實驗結果可得知，LED 光源閃爍的時間變化，對於液晶校正曲線造成的影響，誤差值可控制在 10%
內，本文對於液晶校正曲線之基礎研究詳細探討，對於影響曲線之變因分 別尋找出來，此結果可用於日後實驗參考之依據。
4-2 秒數時間、時間步階與紐賽數之關係
region)中，誤差值為 1.2%，在第二通道區域(Second passage)，誤差值為 3.9%。對於時間步階的選用，本文選用雷諾數 20000 之靜止肋條壁面冷卻通道，
並分別比較時間步階為 1 秒、0.2 秒以及 0.1 秒，利用不同的時間步階計算，
藉以求得紐賽數值之分佈情形，由橫向紐賽數平均之趨勢[圖 4-7]可得知，
時間步階 0.1 秒以及 0.2 秒之熱傳值分佈曲線相重疊，表示此時間步階趨 近於收斂狀態，最大誤差值低於 1%，而當時間步階為 1 秒之狀態時，明顯 看出熱傳值有偏低的情形，因為時間步階的間隔太過於稀疏，導致整體熱 傳值變動很大，在第一通道區(First passage) ，時間步階為 0.1 秒時之 熱傳值平均為 2.994，而時間步階為 1 秒時之熱傳值平均為 2.471，在第一 通道區的熱傳值誤差值為 17.5%，由結果可知，若時間步階間隔選用過大，
將導致實驗紐賽數值不準確，因此本文選用時間步階為 0.1 秒來進行疊加 計算，並求出紐賽數在各區域的分布情形。
4-3 平滑雙通道之熱傳分佈現象
旋轉效應以及流體轉向區的設置，使得熱傳分佈現象較為複雜，平滑雙 通道為本實驗模型之一，冷卻通道的寬高比(Aspect ratio)固定為 1:1.5，
本文實驗包括靜止實驗(Stationary)以及旋轉(Rotating) 之紐賽數比較，
雷諾數設定為 20000 以及 25000。
4-3-1 雷諾數對於平滑冷卻通道之紐賽數值影響
本文在平滑冷卻雙通道中，設定兩種雷諾數範圍:20000 以及 25000，不 同雷諾數產生的熱傳分佈現象也不同，由[圖 4-8]可得知，在第一通道區 (First passage)為完全發展流(Fully Development)，因此雷諾數 2 萬以 及 2 萬 5 的 Nu/Nu0差異並不明顯，Nu/Nu0的平均值落在 1 附近，當流體到 達流體轉向區(Turn Region)時，因彎道效應引起二次流以及流體分離之現 象的發生，此時 Nu/Nu0值有增加的趨勢，而熱傳最高區域位於第二通道區 (Second passage)之入口處，雷諾數為 2 萬 5 的冷卻通道中，最高 Nu/Nu0 的比值為 3.185，而在雷諾數為 2 萬的冷卻通道中，最高 Nu/Nu0的比值為 3.32。
[圖 4-9]可看到在第一通道區中，因沒有物體造成流體產生擾動之現象，
此區域為冷卻通道低熱傳區(完全發展流體)，當流體到達彎道區域時，此 時溫度場產生變化，進而提升此區域的紐賽數(Nu)值，而冷卻通道的高熱 傳區域出現在流體經過彎道區後之位置，並且雷諾數越高的溫度場，熱傳 分佈效應較為強烈，從結果可看出，雷諾數為 2 萬 5 的溫度場型態，高熱 傳區域的分佈和雷諾數為 2 萬相比，高熱傳區域分布的面積更為寬廣。
4-3-2 旋轉效應對於平滑通道之紐賽數值影響
在旋轉冷卻通道中，翼前緣(Leading Surface)以及翼後緣(Trailing surface)之熱傳分佈效應備受關注，[圖 4-10]顯現旋轉效應對於平滑冷卻 通道之熱傳分佈影響，圖中包含靜止冷卻通道以及旋轉冷卻通道(Trailing Surface 和 Leading Surface) ，雷諾數為 2 萬以及 2 萬 5，旋轉數(Ro)分 別為 0.017 以及 0.014。
在第一通道區中，溫度場沒有受到元件的干擾，因此 Nu/Nu0比值之平均
在第一通道區中，溫度場沒有受到元件的干擾，因此 Nu/Nu0比值之平均