(a) (b)
(c) (d)
【圖六十四】 當相同 H=10、 Ra=70、 Pe=10、Le =1、σ =10-3條件下當(a)Rb=0、 (b)Rb=400、(c)Rb=1000、(d)Rb=2000條件下的流線分布圖
光性微生物的最高濃度大概分布在中間位置，約在y
= 0.4 ~ 0.6
之間；當臨界光強度c
0.9
I
=
時【圖六十七(b)】，趨光性微生物的最高濃度大概分布在偏上的位置，約在0.6 ~ 0.8
y
=
之間，由此可以預期，當考慮生物對流時，生物對流流場可分成二層，上面一層，光強度高於臨界光強度，因此，微生物向下游動；而下層的微生物，則會 向上游動。
(a)流線圖 (b)微生物濃度分布圖
(c)流體溫度(Tf )分布圖 (d)固體溫度(Ts)分布圖
【圖六十五】 Ra=70、 Pe=10、 Rb=0、Ic=0.7條件下的 (a)流線圖，(b)微生物濃度
【圖二】 分布圖，(c)流體溫度(Tf )分布圖，(d)固體溫度(Ts)分布圖。
(a)流線圖 (b)微生物濃度分布圖
(c)流體溫度(Tf )分布圖 (d)固體溫度(Ts)分布圖
【圖六十六】 Ra=70、 Pe=10、 Rb=0、Ic=0.8條件下的 (a)流線圖，(b)微生物濃度
【圖二】 分布圖，(c)流體溫度(Tf )分布圖，(d)固體溫度(Ts)分布圖。
(a)流線圖 (b)微生物濃度分布圖
(c)流體溫度(Tf )分布圖 (d)固體溫度(Ts)分布圖
【圖六十七】 Ra=70、 Pe=10、 Rb=0、Ic=0.9條件下的 (a)流線圖，(b)微生物濃度
【圖二】 分布圖，(c)流體溫度(Tf )分布圖，(d)固體溫度(Ts)分布圖。
由【圖六十八】顯示，流場隨達西生物對流雷里數 Rb 增加之變化，當Rb=0時，亦 即不考慮生物對流，此時因單純熱對流而產生流場。隨著達西生物對流雷里數 Rb 的 逐漸增加，流場的對流情形也隨之改變。由【圖六十八(a)】可看出，在當Ic
= 0.7
、=10
Pe 、Ra=70時，隨著達西生物對流雷里數 Rb 的增加，起初，因熱對流產生的 流動受到生物游動而使整個流場抑制下來。因為上層的微生物往下游動，它把整個流 場都壓抑下來，而下層的往上游動還不足以造成生物對流。所以生物游動把整個流場 抑制下來，整個流場呈現靜止狀態。
當 Rb 增加到550時，生物對流已足夠產生流場，此時流場又從靜止轉變成對流，
不過對流的型態與單純的熱對流不同。由【圖六十九(b)】可發現，它的流場在上半 面是一個完全靜止區，而下半面有兩個渦流，由於微生物的分布，流場對流的範圍侷 限在下半部。隨著生物對流增加，由【圖六十八(a)】來看，它的下半部是一個不穩定 的狀態，此時生物對流很強，但流動範圍只侷限在偏下半部，這時候整個生物對流是 非常不穩定的，偶而會產生三個渦流或者產生四個渦流。 由【圖六十九】顯示，受 到生物對流的帶動，上半部的微生物游向臨界光強度Ic的位置，使上方的流場將呈現 靜止狀態。隨著 Rb 的增加，微生物游動的範圍減少，只侷限在偏下半部。而上方靜 止區隨著 Rb 越來越大，靜止區的範圍越來越厚。
由【圖六十八】結果同時可知，在不同的臨界光強度Ic情況下，隨著達西生物對
流雷里數 Rb 的變化對流場的影響。當Ic
= 0.8
的時候，產生生物對流所需的 Rb 值不 需要那麼高，在Rb=300時，便產生生物對流。當Ic= 0.9
的時候，由於微生物濃度最高的區域在整個流場的上方，所以Ic上方的靜止範圍很小。在此，微生物的游動範 圍變大，此時微生物的游動，不再對熱對流有抑制作用。相反地，會造成生物對流而 使流場的速度增加。
(a)
(b)
(c)
【圖六十八】在相同的達西熱雷里數(Ra=70)，而不同的臨界光強度Ic之流場分布圖
【圖二】(a) Ic=0.7，(b) Ic=0.8，(c) Ic=0.9。
(a) Rb =0 (b) Rb =550
(c) Rb =1350 (d) Rb =1800
【圖六十九】Ra=70、 Pe=10、Ic=0.7條件下的流線圖 (a) Rb = ，0 (b) Rb =550，
【圖四】 (c) Rb =1350，(d) Rb =1800。
從【圖七十】可看出，在達西熱雷里數Ra =70、臨界光強度Ic
= 0.9
，當修正的培萊 克特數 Pe 為1的時候，達西生物對流雷里數 Rb 要到1450才會有對流產生， Rb 在 1450之前也有抑制熱對流流場的作用，使流場不容易產生對流。當修正的培萊克特 數 Pe 為5時，在較低 Rb(Rb=400)的情況下便可產生生物對流，在 Rb 小於400時 同樣有抑制熱對流流場的作用。當修正的培萊克特數 Pe 為10時，這時候抑制的作用 已經不存在，隨著 Rb 從零增加，ψ
MAX隨之增大，代表 Rb 增強它的流場，使流速增 加。在 Rb 為200時，變成兩個渦流的流場。因此，由結果可知，修正的培萊克特數 Pe 會影響生物的游動速度，當修正的培 萊克特數 Pe 越大，游動速度也越大，產生生物對流的情況越容易，對流的現象也越 早發生。而達西熱雷里數 Ra 與達西生物對流雷里數 Rb 兩者間的抑制情形，在修正 的培萊克特數 Pe 增加到一定時，便不存在了，反而會相輔相成使流場速度增大。
從【圖六十七(a)】與【圖七十一(a)】比較可發現，在單純的熱對流的情況下，
流場的流線圖會呈現對稱的情形；而當Rb=100時，此時流場同時受熱與微生物游動 的影響，流場的分布不再是對稱，受到光源與生物對流的影響，使流場偏向右邊。而 右邊的流場梯度比左邊高，代表右邊的流場速度比左邊快。隨著 Rb 繼續增加，當
=500
Rb 時，從【圖七十一(b)】可以看出，流場又呈現對稱的圖形，此時熱對流的 影響遠小於生物對流，代表流場已經受到生物對流所支配，熱對流已經不足以影響流 場的分布。而【圖七十一(c)】的狀況也跟【圖七十一(b)】一樣，熱對流已經對流場 不構成影響，幾乎成為單純的生物對流。
流場的變化，使得溫度的分布也隨著流場的變化而改變。由【圖七十二】顯示液
體與固體的溫度分布，【圖七十二(a)(b)】是在Rb=100時的溫度分布圖，由於流線沒 有對稱，所以它的溫度分布也沒有對稱，而固體與液體之間的溫度也不同，因為利用 了兩相熱傳模型分別模擬液體與固體的分布，使得液體與固體的溫度分布不一樣。而
【圖七十二(c)(d)(e)(f)】是在較高 Rb 的情況底下，這時候的流場是對稱的，所以它的 溫度分布也呈現對稱的情形。但是這時候的固體跟液體的溫度分布有非常顯著的不 同。
(a)
(b)
(c)
【圖七十】在相同的達西熱雷里數(Ra=70)，而不同的修正培萊克特數( Pe )之流【圖
二】 場分布圖 (a) Pe=1，(b) Pe=5，(c) Pe=10。
(a) Rb=100
(b) Rb=500
(c) Rb=1500
【圖七十一】Ra=70、 Pe=10、Ic =0.9條件下的流線圖 (a)Rb=100，(b) Rb=500， (c) Rb=1500。
a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
【圖七十二】 Ra=70、 Pe=10、Ic =0.9條件下的溫度分布圖
Rb=100 (a)流體溫度(Tf)分布圖，(b)固體溫度(Ts)分布圖，
Rb=500 (c)流體溫度(Tf )分布圖，(d)固體溫度(Ts)分布圖，
Rb=1500 (e)流體溫度(Tf )分布圖，(f)固體溫度(Ts)分布圖。
第 第 第
第八 八 八 八章 章 章 章 結 結 結 結論 論 論 論
本計畫針對游動生物在多孔性介質內的熱-生物對流研究，綜合上面各小節之模 擬結果，可獲得下列結論。