第五章 結論與未來展望
5.2 未來展望
本研究採用簡化的方式與諸多假設來進行數值模擬，但實際上蒸汽腔體均熱板內 部的流場現象可謂相當複雜，若要更接近真實情況，可朝以下幾點做修正，以期對腔 體內部流場能有更進一步的探討：
23
(1) 三維熱傳分析：對於傳統的熱管，實際上多為軸對稱情況，因此內部的模擬只需 考慮軸向及徑向，較易進行分析。但蒸汽腔體內部為三維流場，比起熱管來說較 為複雜，因此使用三維模型會更為接近實際狀況。
(2) 飽和溫度：蒸汽腔體內部的流動為汽液兩相流，流體間會有蒸發與冷凝作用，產 生質傳與熱傳，主要判斷蒸發與冷凝的條件為大於或小於飽和溫度，然而飽和溫 度隨著內部壓力的不同設定而改變，工作流體的物理特性也會不同，需要適當的 數值處理方法。
(3) 毛細結構：毛細壓力為驅動腔體內工作流體正常循環的主要因素，且與腔體內工 作流體的填充率有很大的關係，為了讓工作流體不停地循環以防止空燒的情形發 生，必頇確立其數值模式。
24
參考文獻
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[17] www.xbitlabs.com.
[18] heatsinks.wordpress.com.
[19] www.nvidia.com.
[20] www.expreview.com/8965.html.
27
表 4-1 本研究所使用之材料特性
銅 液態水 汽態水
密度 kg/m3 8978 998.2 0.5542
比熱 J/kg-K 381 4182 2014
熱傳導係數 W/m-k 397 0.6 0.261
黏滯係數 kg/m-s 無 0.001003 1.34e-05
表 4-2 本研究計算結果與 Koito 等人[6]實驗值之最高溫比較 𝑇𝑏(°C) 𝑇𝑏,𝑒𝑥𝑝(°C) [6] 誤差 % 𝑞 = 16 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 20°C，Tt = 47°C 54.57 56.5 -3.42 𝑞 = 24 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 20°C，Tt = 59°C 75.81 74 2.45 𝑞 = 32 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 20°C，Tt = 72°C 94.22 91 3.53 𝑞 = 16 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 25°C，Tt = 50°C 57.69 61 -5.43 𝑞 = 24 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 25°C，Tt = 63°C 80.09 77.8 2.94 𝑞 = 32 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 25°C，Tt = 77°C 99.59 95 4.83 𝑞 = 16 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 30°C，Tt = 56°C 63.49 67 -5.24 𝑞 = 24 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 30°C，Tt = 69°C 83.42 83 0.51 𝑞 = 32 W/cm2
𝑇𝑎𝑖𝑟 = 30 °C，Tt = 82°C 104.47 100.5 3.95
28
圖 1-1 蒸汽腔體外觀 [17]
圖 1-2 熱點影響示意圖(a)金屬(b)蒸汽腔體 [18]
29
圖 2-1 蒸汽腔體內部運作 [19]
圖 2-2 蒸汽腔體內部結構 [20]
30
圖 2-3 蒸汽腔體物理模型
31
圖 3-1 Segregated 程式架構求解流程圖
32
(a)
(b)
(c)
圖 4-1 本研究與 Koito 等人[6]計算及實驗結果之 Z 軸溫度比較，(a)𝑇𝑎𝑖𝑟 = 20°C，
(b) 𝑇𝑎𝑖𝑟 = 25°C，(c) 𝑇𝑎𝑖𝑟 = 30°C
33
(a)
(b)
圖 4-2 𝑞 = 24 W/cm2， 𝑇𝑎𝑖𝑟 = 25°C 之溫度分布圖，(a)Koito 等人[6]，(b)本研究計算 結果
34
圖 4-3 不同內部壓力下，Z 軸溫度比較
35
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
圖 4-4 不同內部壓力下，溫度分布圖，(a) 5 kPa，(b) 10 kPa，(c) 20 kPa，(d) 25 kPa，
(e) 30 kPa
36
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
圖 4-5 不同內部壓力下，水蒸汽體積分率圖，(a) 5 kPa，(b) 10 kPa，(c) 20 kPa，(d) 25 kPa，(e) 30 kPa
37
(a)
(b)
(c)
圖 4-6 內部壓力為 5 kPa 之速度向量圖，(a) X = 0~15.2 mm，(b) X = 15.2~30.4 mm，
(c) X = 30.4~45.6 mm
38
(a)
(b)
(c)
圖 4-7 內部壓力為 10 kPa 之速度向量圖，(a) X = 0~15.2 mm，(b) X = 15.2~30.4 mm，
(c) X = 30.4~45.6 mm
39
(a)
(b)
(c)
圖 4-8 內部壓力為 20 kPa 之速度向量圖，(a) X = 0~15.2 mm，(b) X = 15.2~30.4 mm，
(c) X = 30.4~45.6 mm
40
(a)
(b)
(c)
圖 4-9 內部壓力為 25 kPa 之速度向量圖，(a) X = 0~15.2 mm，(b) X = 15.2~30.4 mm，
(c) X = 30.4~45.6 mm
41
(a)
(b)
(c)
圖 4-10 內部壓力為 30 kPa 之速度向量圖，(a) X = 0~15.2 mm，(b) X = 15.2~30.4 mm，
(c) X = 30.4~45.6 mm
42
圖 4-11 不同上壁面溫度(Tt)下，蒸汽腔中心軸溫度比較
43
(a)
(b)
(c)
(d)
圖 4-12 不同上壁面溫度(Tt)下，溫度分布圖，(a) 63°C，(b) 58°C，(c) 53°C，(d) 48°
C
44
(a)
(b)
(c)
(d)
圖 4-13 不同上壁面溫度(Tt)下，水蒸汽體積分率圖，(a) 63°C，(b) 58°C，(c) 53°C，
(d) 48°C
45
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
圖 4-14 不同時間下，水蒸汽體積分率圖，(a) 270 秒，(b) 280 秒，(c) 290 秒，(d) 300 秒，(e) 600 秒
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附錄
使用者定義函數(User-Defined Function)
#include "udf.h"
#include "sg_mphase.h"
#define T_SAT 337.97
#define LAT_HT 2345500 real a;
DEFINE_SOURCE(liq_src, cell, pri_th, dS, eqn) {
Thread *mix_th, *sec_th;
real m_dot_l;
mix_th = THREAD_SUPER_THREAD(pri_th);
sec_th = THREAD_SUB_THREAD(mix_th, 1);
a=C_T(cell, mix_th);
if(C_T(cell, mix_th)>=T_SAT) {
m_dot_l = -1*C_VOF(cell, pri_th)*C_R(cell, pri_th)*fabs(C_T(cell, pri_th) - T_SAT)/T_SAT;
dS[eqn] = -1*C_R(cell, pri_th)* fabs(C_T(cell, pri_th) - T_SAT)/T_SAT;
} else {
m_dot_l = 1*C_VOF(cell, sec_th)*C_R(cell, sec_th)*
fabs(T_SAT-C_T(cell,mix_th))/T_SAT;
dS[eqn] = 0.;
}
return m_dot_l;
}
DEFINE_SOURCE(vap_src, cell, sec_th, dS, eqn) {
Thread * mix_th, *pri_th;
real m_dot_v;
mix_th = THREAD_SUPER_THREAD(sec_th);
pri_th = THREAD_SUB_THREAD(mix_th, 0);