本文的目的是探討黏彈性流體與牛頓流體之間的熱傳差異。經由實驗方式測試 並比較聚丙醯胺水溶液（黏彈性流體）與純水（牛頓流體）在矩形管道中，層流狀態 下，不同濃度與不同加熱邊界的熱傳與壓力降。茲將具體結果說明如下：
（1） 壓力降：壓力降值會隨著速度增加而增高。另外在相同質量通率下，隨 著濃度的增加，聚丙醯胺水溶液的壓力差值也跟著增高，即
（相同質量通率下）
若把有加熱與沒加熱的壓力差值作比較，因受黏度影響，使得加熱時的 壓力差值會略小於不加熱的壓力差值。
（2） 紐塞數：在廣義雷諾數 80 至 300 範圍，入口溫度 的條件下，
在完全發展區範圍內：
(a) 邊界條件在上板加熱，下板加熱，與上下板加熱的情況下，隨著雷諾 數的上升，黏彈性流體的熱傳係數皆有增加的趨勢。其中以上板加 熱，工作流體為 1000ppm 聚丙醯胺水溶液時，增加的趨勢最顯著，
紐塞數比值最高可達 2.64。
(b) 下板加熱的情況下，在此廣義雷諾數的範圍內，聚丙醯胺水溶液的熱 傳增強以正向力差所產生的二次流效應為主，浮力所產生的二次流效 應為輔，與相同質 發現紐塞數比值範圍為 0.80 ~ 1.41，與純水浮力造成的二次流效應相近，由此可知雖然在同樣質量 流率的情況下，濃度的增加會使分子鍵結較密，彈性力增加，因此正 向力差增強而使二次流增強，但是濃度的提升也使得黏度上升，雷利 數變小，所以因浮力產生的二次流也相對減弱了，且浮力產生的二次 流與正向力差的二次流方向相反，有相抵銷的情況。
O H ppm
ppm ppm
ppm p p p p
p2000 >∆ 1500 >∆ 1000 >∆ 500 >∆ 2
∆
oC 1 30±
量流率的純水比較
醯胺水溶液的效益
本次實驗中，發現廣義雷諾數 80~300，邊界條件為上板加熱時，最能突顯出 聚丙醯胺水溶液(黏彈性流體)與純水(牛頓流體)的熱傳效果的差異，此時聚丙醯胺水 溶液具有良好的熱傳增加效果，但濃度過高反而造成過大的壓降產生。在實驗中顯 示，低濃度的聚丙醯胺水溶液在 500ppm 與 1000ppm 時，皆有相當良好的熱傳係數，
也不會造成過大的壓降增降量，故熱傳增強效益比最佳，皆高於 1。
由於本實驗由於實驗設計與設備的限制，在加熱的情況下，質量流率最大為 0.005kg/s，即廣義雷諾數的最大值只到 300，若能再提升質量流率，效益比隨著廣義 雷諾數的增加應還有提升的空間。
比皆低於 1。
在
附錄 A 實驗不準度分析
【17】2
P
hx =
差壓計採用 Foxboro 公司產品，其輸出訊號為 4-20mA，誤差值可達 所以 得到達西摩擦因子（Darcy friction facto
1%
參考文獻
【1】 Xie, C. and Hartnett, J. P. ,1992, “Influence of Rheology on Laminar Heat Transfer to Viscoelastic Fluids in a Rectangular Duct＂,Ind. Eng. Chem. Res. ,Vol.31, pp727-732.
【2】Jamieson ,＂Rheology and Nano-rheology＂, National Chung Hsing University.
【3】 Lin, C.X. and Ko, S.Y., 1996,“Laminar Heat Transfer in Square Duct Flow of Aqueous CMC Solutions＂, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.39, No.3 ,pp.503-510.
, “Rheological rom Soc. Rh 109.
【5】Gao, S.X. tnett, J.P., 1996,＂ Heat Transfer Behavior of Reiner-Rivlin Fluids in Duct＂, Int. . Heat Mass Transfer, Vol.39, pp1317-1324.
【6】Shin, S., 1996, “The Effect of The Shear Rate-Dependent Thermal Conductivity of Non-Newtonian Fluids on The Heat Transfer in A Pipe Flow＂, Int. Comm. Heat Mass
77.
C.W., 1998, “Heat Transfer Mechanism for Newtonian and Non-Newtonian Fluids in 2:1 Rectangular Ducts＂, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.41, pp3841-3856.
【8】 C “
Tem -Newtonian Fluid with Reiner-Rivlin Model in a 2:1 Rectangular Duct＂, Int. J. H
0, “Heat Transfer Behavior of
Temp nt Viscoelastic Non-Newtonian Fluid with Buoyancy Effect in 2:1 Rectangular Duct＂, Int. Comm. Heat Transfer, Vol.27, pp159-168.
【10】Kozicki,W. Chou, C.H. and Tiu, C. ,1966, “Non-Newtonian Flow in Ducts of Arbitrary , A., 2002
【4】Carreau, P.J., 1972 Equations f Molecular Network Theories＂, Trans.
eol, Vol.16, and Har Rectangular J
Transfer, Vol. 23, pp665-6
【7】Chang, P.Y. Chou,F.C. Tung,
Shin, S.S. Ahn, H.H. Cho, Y.I. and Sohn, .C. , 1999, Heat Transfer Behavior of a perature-Dependent Non
eat Mass Transfer, Vol.42, pp2935-2942.
【9】Sohn, C.H. Ahn, S.T. and Shin, S. ,200 erature-Depende
pp641-648.
【12】Etemad, S.Gh and Sadeghi, M,2001 , “ Non-Newtonian Pressure Drop and Critical Reynolds Number Through Rectangular Duct＂, Int. Comm. Heat Mass Transfer, Vol. 28 No.4, pp555-563
【13】劉大佼, 1997, “高分子加工原理與應用＂,揚智文化事業出版, pp68~132
【14】Boger, D.V. Halmos, A. L.,1981, “Non-Newtonian Flow II- Fully Developed Tube Flow＂, American Institute of Chemical Engineers, pp.8~15
【15】Tiu, C. Zhou, J. Nicolae, G. Fang, T. N. and Chhabra, P., 1997, “Flow of
Viscoelastic Polymer Solutions in Mixed Beds of Particles＂, Can. J. of Chem. Eng., Vol. 75, pp843-850.
【16】Hartnett, J. P. and Kostic, M., 1985,“ Heat Transfer to A Viscoelastic Fluid in Laminar Flow Through A Rectangular Channel＂, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.28, pp1147-1155
【17】Young, H.D., 1962 ,“Statistical Treatment of Experimental Data＂. New York: McGraw Hill.