• 沒有找到結果。

本論文實驗研究寬高比 2 比 1 矩形管的熱傳係數以及壓力差降 值。石蠟油 70 當作工作流體是由於其黏度隨溫度變化劇烈的特性,

研究在低雷諾數下的層流熱傳係數。經由實驗,可以歸納出下面結果:

1. 紐塞數:在雷諾數範圍 12 至 75,入口溫度 21℃的條件下,在完 全發展區的範圍內

(1)在同一加熱量下與同一質量流率下:下板加熱熱傳係數較上板 加熱佳;上下板同時加熱時,下板熱傳係數仍較上板佳。

(2)在同一加熱量下,隨質量流率增加之完全發展紐塞數增加情 形:上板加熱增加幅度最明顯,下板與上下板同時加熱不明顯。

隨質量流率增加,速度分布扭曲效應不明顯,上板加熱時只受 強制對流影響,所以局部紐塞數增加幅度明顯。下板加熱在低 流量時,局部紐塞數增加主要是因為浮力效應,其次為強制對 流效應;在高流量時,浮力效應減弱,紐塞數增加主要為強制 對流效應,其次為浮力效應,因此紐塞數增加幅度不明顯。上 下板同時加熱理由與下板加熱雷同。

(3)在同一質量流率下,隨加熱量增加之完全發展紐塞數增加情 形:加熱量範圍太小,無論單板加熱或上下板同時加熱的增加 幅度雖皆不明顯,下板加熱與上下板同時加熱又略比上板效果

顯著。加熱量大小的影響作用在浮力效應上。已完全發展之紐 塞數並未隨著加熱量增加而穩定增大,有時反而下降,原因是 實驗參數的不準度範圍內。

(4)上板加熱在三種加熱瓦數之最低流量下的已完全發展紐賽數趨 近值高於純水 11 至 14%;下板加熱在三種加熱瓦數之最低流量 下的已完全發展紐賽數趨近值高於純水 11 至 16%。

(5)上下板同時加熱局部平均紐塞數隨 1/Gz 變化之曲線在出口區 稍微上揚是受到浮力效應影響。

2. 壓降值

(1)未加熱狀態與加熱狀態的壓降值隨雷諾數增加而成正比增加。

(2)未加熱狀態與加熱狀態的芬寧摩擦因子與雷諾數的乘積分別趨 於定值 12.8 和 11.9,與理論之誤差不超過 9%。

經由本實驗可以得知,就流體黏度隨溫度變化的牛頓流體而言:

黏度愈高,通常黏度變化大,熱傳效果較好,但壓力差降較大;黏度 愈低,通常黏度變化小,熱傳效果較差,但壓力差降較小。因此為了 使熱傳增強的同時,必須考慮壓力差降的影響,在其中取得平衡點。

參考文獻

【1】Sieder, E. N. and Tate G. E. ,1936, ”Heat transfer and pressure drop of liquids in tubes”, Industrial & Engineering Chemistry 23(12), pp1429-1435

【2】Yang, K. T., 1962, “Laminar forced convection of liquids in tubes with variable viscosity”, ASME J. Heat Transfer 84, pp353-362

【3】Shannon, R. L. and Depew, C. A., 1969, “Forced laminar flow convection in a horizontal tube with variable viscosity and free convection effects”, ASME J. Heat Transfer 91, pp251-258

【4】Oskay, R. and Kakac, S., 1973, “Effect of viscosity variations on forced convection heat transfer in pipe flow”, METU J. Pure Appl.

Sci., 6(2), pp211-230

【5】Test, F. L., 1968, “Laminar flow heat transfer and fluid flow for liquids with temperature-dependent viscosity”, ASME J. Heat Transfer 90, pp385-393

【6】Lyutikas, N. S. and Zhukauskas, A. A., 1968, “An investigation of the influence of variable viscosity on laminar heat transfer in a flat duct”, Int. Chem. Engng 8(2), pp301-310

【7】Hwang, S. T. and Hong, S. W., 1970, “Effect of variable viscosity on laminar heat transfer in a rectangular duct”, Chemical Engineering Progress Symposium Series 66(102), pp100-108

【8】Butler, H. W. and Mckee, D. E., 1973, “ An exact solution for the flow of temperature-dependent viscous fluids in heated rectangular

ducts”, J. Heat. Transfer 95, pp555-557

【9】Xie, C. and Harnett, J. P., 1992, ”Influence of variable viscosity of mineral oil on laminar heat transfer in a 2:1 rectangular duct”, Int. J.

Heat Mass Transfer 35, pp641-648

【10】Chou, F. C. and Tung, C. W., 1995, “The mechanism of heat transfer enhancement of mineral oil in a 2:1 rectangular duct”, Int. J.

Heat Mass Transfer 38, pp2863-2871

【11】Shin, S., 1993, “Numerical study of laminar heat transfer with temperature dependent fluid viscosity in a 2:1 rectangular duct”, Int.

J. Heat Mass Transfer 36(18), pp4365-4373

【12】Chang, P.Y. and Chou, F.C., 1998, “Heat transfer mechanism for Newtonian and non-Newtonian fluids in 2:1 rectangular ducts”, Int.

J. Heat Mass Transfer 41, pp3841-3856

【13】Preiningerova, V. and Allen, P. H. G., 1974, “Laminar flow entry length heat transfer with varing physical properties in simple and complex duct geometries”, Proceedings of The 5th International Heat Transfer Conference, Vol. 3, NC5.4, pp188-192

【14】張秀月等編輯, 2002, “潤滑油、脂採購指南 2002-2004”, 石油 情報出版社

【15】蔡信行編輯, 2000, “潤滑油脂產品及其應用 上、下冊”, 中國石 油公司訓練所

【16】Kozicki, W., Chou, C. H. and Tiu, C., 1996, “Non-Newtonian flow

in ducts of arbitrary cross-section shape”, Chem. Eng. Sci., 21, pp665-679

【17】Arpaci, V. S., 1987, “Conduction heat transfer”, Chap. 3, pp117, Addison-Wesley

【18】Mills, A. F., 1999, “Basic heat and mass transfer”, 2nd Edition, Chap. 4, pp301-307, Prentice Hall, New Jersey

【19】郭聖良, 2005, “黏彈性流體在寬高比 2 比 1 之水平矩形管道內 的熱傳增強實驗”, 國立交通大學碩士論文

【20】Shan, R. K. and London, A. L., 1978, “Laminar flow forced convection in ducts”, Supplement 1 to Advances in Heat Transfer, Academic, New York

【21】 Kline, S. J., 1985, “The purpose of uncertainty analysis”, J. Fluids Engineering, v.107, pp153-160

【22】Kakac, S., 1987, The effect of temperature-dependent fluid

properties on convective heat transfer. In Handbook of Single-phase Convective Heat Transfer (Edited by S. Kakac, R. K. Shah and W.

Aung), Chap. 18, pp18-8, Wiley, New York

附錄 A 實驗不準度分析

=±0.022 or ±2.2﹪

A-8 熱通量不準度

差壓計採用 Foxboro 公司產品,其輸出訊號為 4-20mA,誤差 值可達±0.1%

所以

相關文件