第四章 實驗結果與討論
4.2 遭遇困難
在實驗中所遭遇的困難有：
(一) 系統很容易受到環境的影響而影響池沸騰的性能，例如溫度的微 小變化會影響液體(FC-72)的飽和溫度及系統的壓力(實驗是維持在 1 大氣 壓下)。
(二) 由於測試片要長時間浸泡在飽和溫度下的 FC-72 中(FC-72 的飽 和溫度為 56.6°)，測試銅片與電木接合處容易脫落，使實驗無法進行。因 此為了實驗的準確性，必須在測試片於良好狀態下盡快將實驗完成，避免 重新修補測試片後所造成的誤差。
(三) 在實驗中，由於核沸騰區產生的氣泡擾動加熱表面的流體，使得 加熱表面溫度會有不穩定的跳動，因此要判斷加熱表面的穩定溫度比較困 難。
表 4-1 實驗操作參數 間隙大小(S)
氣體次冷度(ΔTsub,gassy)
S (mm) 0 K (Cg = 0) Open, 3, 2, 1, 0.5 10 K (Cg = 0.0016) Open, 3, 2, 1, 0.5 20 K (Cg = 0.0029) Open, 3, 2, 1, 0.5 30 K (Cg = 0.0038) Open, 3, 2, 1, 0.5
(註：加熱面為垂直 90°；S 為間隙大小；Cg 為可溶解氣體含量 moles gas / mole liquid)
表 4-2 可溶解氣體含量表 Case Tbulk
( )℃
ΔTsub,gassy
( )℃
Pv=Psat(Tbulk) (kPa)
Pt
(kPa) Pg
(kPa)
Cg
(moles gas/ mole liquid) 1. 56.6 0 101.3 101.3 0 0 2. 46.6 10 71 101.3 30.3 0.0016 3. 36.6 20 48.5 101.3 52.8 0.0029 4. 26.6 30 32.1 101.3 69.2 0.0038
(表中Tbulk＝液體溫度，△Tsub,gassy＝氣體次冷度，Pv=Psat(Tbulk)＝氣相中的蒸氣分壓，Pt＝ 總壓，Pg＝氣相中的氣體分壓，Cg＝可溶解氣體濃度)
表 4-3 不同氣體次冷度與不同間隙大小在 FC-72 的沸騰數據比較表
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-30 -20 -10 0 10 20 30
Heat Flux, q" (kW / m
2 )
0 50 100 150 200 250 300
CHF=230 CHF=253
CHF=277 Open (Cg = 0) [ 水平 ]
Open (Cg = 0.0016) [ 水平 ] Open (Cg = 0.0029) [ 水平 ] Open (Cg = 0.0038) [ 水平 ]
CHF CHF=206
ONB
(a)
(b)
圖 4-1 水平開放加熱面下的池沸騰曲線圖。(a)本實驗所做的沸騰曲線；
(b) You 等人所做的沸騰曲線[31]。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
Open (Cg = 0) [Increase]
Open (Cg = 0) [Decrease]
CHF
Open (Cg = 0.0016) [Increase]
Open (Cg = 0.0016) [Decrease]
CHF
Open (Cg = 0.0038) [Increase]
Open (Cg = 0.0038) [Decrease]
CHF
Open (Cg = 0.0029) [Increase]
Open (Cg = 0.0029) [Decrease]
Heat Flux, q" (kW / m2)
CHF ONB
圖 4-2 垂直開放加熱面，在不同氣體次冷度下，增加熱通量與遞減熱 通量的沸騰曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-30 -20 -10 0 10 20 30
Heat Flux, q" (kW / m
2 )
0 50 100 150 200
250 Open (Cg = 0) [ 垂直 ]
CHF=209.3 CHF=230.1
CHF=240.4 Open (Cg = 0.0016) [ 垂直 ]
Open (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] Open (Cg = 0.0038) [ 垂直 ]
CHF CHF=176.4
ONB
圖 4-3 垂直開放加熱面，在不同氣體次冷度的沸騰曲線圖。
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200 250
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 2 4 6 8 10
Open (Cg = 0) [ 垂直 ] Open (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] Open (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] Open (Cg = 0.0038) [ 垂直 ]
圖 4-4 垂直開放加熱面，在不同氣體次冷度的熱傳遞係數曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-30 -20 -10 0 10 20 30
Heat Flux, q" (kW / m
2 )
0 50 100 150 200
250 S = 3 mm (Cg = 0) [ 垂直 ]
CHF=208.5 CHF=235.2
CHF=245.6 S = 3 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ]
S = 3 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0.0038) [垂直]
CHF CHF=182.2
ONB
圖 4-6 垂直加熱面，間隙(S)為 3 mm，在不同氣體次冷度的沸騰曲線 圖。
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200 250
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 2 4 6 8 10
S = 3 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ]
圖 4-7 垂直加熱面，間隙(S)為 3 mm，在不同氣體次冷度的熱傳遞係 數曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-30 -20 -10 0 10 20 30
Heat Flux, q" (kW / m
2 )
0 50 100 150 200 250
CHF=189 CHF=215.8
CHF=237 S = 2 mm (Cg = 0) [ 垂直 ]
S = 2 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ] CHF
ONB
CHF=150.8
圖 4-9 垂直加熱面，間隙(S)為 2 mm，在不同氣體次冷度的沸騰曲線 圖。
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200 250
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 2 4 6 8 10
S = 2 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ]
圖 4-10 垂直加熱面，間隙(S)為 2 mm，在不同氣體次冷度的熱傳遞係 數曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-30 -20 -10 0 10 20 30
Heat Flux, q" (kW / m
2 )
0 50 100 150 200
CHF=152.2 CHF=186
CHF=214.1 S = 1 mm (Cg = 0) [ 垂直 ]
S = 1 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ] CHF
ONB
CHF=125.1
圖 4-12 垂直加熱面，間隙(S)為 1 mm，在不同氣體次冷度的沸騰曲線 圖。
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 2 4 6 8 10
S = 1 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ]
圖 4-13 垂直加熱面，間隙(S)為 1 mm，在不同氣體次冷度的熱傳遞係 數曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-30 -20 -10 0 10 20 30
Heat Flux, q" (kW / m
2 )
0 50 100 150 200
CHF=139 CHF=169
CHF=189.6 S = 0.5 mm (Cg = 0) [ 垂直 ]
S = 0.5 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ] CHF
ONB
CHF=109.8
圖 4-15 垂直加熱面，間隙(S)為 0.5 mm，在不同氣體次冷度的沸騰曲 線圖。
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 1 2 3 4 5 6 7 8
S = 0.5 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ]
圖 4-16 垂直加熱面，間隙(S)為 0.5 mm，在不同氣體次冷度的熱傳遞 係數曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
0 5 10 15 20 25 30
Heat Flux, q" (kW / m
2 )
0 50 100 150 200
CHF=109.8 CHF=125.1
CHF=150.8 CHF=182.2
Open (Cg = 0) [ 垂直 ]
S = 3 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] CHF=176.4 S = 2 mm (Cg = 0) [ 垂直 ]
S = 1 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] CHF
(a)
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Heat Flux, q" (kW / m
2 )
0 10 20 30 40 50
Open (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] CHF
ONB
(b)
圖 4-17 (a)垂直加熱面在氣體次冷度為 0 K(Cg = 0)時，不同間隙大小的 沸騰曲線圖；(b)圖(a)在低熱通量下的放大圖。
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 2 4 6 8
Open (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0) [ 垂直 ]
圖 4-18 垂直加熱面在氣體次冷度為 0 K(Cg = 0)時，不同間隙大小的熱 傳遞係數曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-10 -5 0 5 10 15 20
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200 250
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 2 4 6 8 10
Open (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0.0016) [ 垂直 ]
圖 4-20 垂直加熱面在氣體次冷度為 10 K(Cg = 0.0016)時，不同間隙大 小的熱傳遞係數曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-20 -10 0 10 20
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200 250
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 2 4 6 8 10
Open (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0.0029) [ 垂直 ]
圖 4-22 垂直加熱面在氣體次冷度為 20 K(Cg = 0.0029)時，不同間隙大 小的熱傳遞係數曲線圖。
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
Surface Superheat, ΔTsat (K) (T wall - T sat)
-30 -20 -10 0 10 20
Heat Flux, q" (kW / m2)
0 50 100 150 200 250 300
Heat Transfer coefficient, h (kW / m
2 K)
0 2 4 6 8 10
Open (Cg = 0.0038) [ 垂直 ] S = 3 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ] S = 2 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ] S = 1 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ] S = 0.5 mm (Cg = 0.0038) [ 垂直 ]
圖 4-24 垂直加熱面在氣體次冷度為 30 K(Cg = 0.0038)時，不同間隙大 小的熱傳遞係數曲線圖。
ΔTsat = 15.62 K, ΔTsat = 21.34 K, ΔTsat = 15.59 K, ΔTsat = 21.19 K,
ΔTsat = 10.62 K, ΔTsat = 10.6 K,
q’’ = 20.8 kW/m2 q’’ = 78 kW/m2 q’’ = 169.92 kW/m2 q’’ = 62.79 kW/m2 q’’ = 130.2 kW/m2 q’’ = 209.3 kW/m2 (11%CHF) (44%CHF) (96%CHF) (30%CHF) (62%CHF) (99%CHF)
(a) 垂直開放加熱面，氣體次冷度為 0 K (Cg
= 0)的池沸騰現象。
(b) 垂直開放加熱面，氣體次冷度為 10 K (Cg
= 0.0016) 的池沸騰現象。
ΔTsat = 15.92 K, ΔTsat = 21.73 K,
ΔTsat = 9.74 K, q’’ = 96.32 kW/m2
(40%CHF)
ΔTsat = 15.92 K, q’’ = 145.8 kW/m2
(63%CHF) (98%CHF)
(d) 垂直開放加熱面，氣體次冷度為 30 K (Cg
= 0.0038)的池沸騰現象。
q’’ = 237.69 kW/m2 ΔTsat = 25.65 K, ΔTsat = 10.23 K,
q’’ = 85.28 kW/m2 (37%CHF)
q’’ = 145.8 kW/m2 (63%CHF)
q’’ = 230.16 kW/m2 (99%CHF)
(c) 垂直開放加熱面，氣體次冷度為 20 K (Cg
= 0.0029)的池沸騰現象。
圖 4-25 垂直開放加熱面，不同氣體次冷度下，分別在低、中、高熱通 量的池沸騰現象。
Measured CHF (kW / m2)
10 100 1000
Predicted CHF (kW / m
2 )
10 100 1000
ΔTsub, gassy = 0 K
-90%
+90%
ΔTsub, gassy = 10 K ΔTsub, gassy = 20 K ΔTsub, gassy = 30 K
Open S = 3 S = 2 S = 1 S = 0.5 mm
-40%
+40%
-70%
+70%
圖 4-28 不同氣體次冷態下，隨著間隙的減小，臨界熱通量(CHF)的預 測值與實驗值比較圖。