第四章 結果與討論
4.5 流場可視化結果
為了印證模擬之真實性，使用放煙線法來進行流場可視化，觀看實際流場是 否與數值模擬有相同的現象，而數值模擬是由實驗室 STAR-CD 計算，我們隨機 選定Re =300，W F =0.2，c ΔTW=40℃之流場，來進行流場觀測並配合數值模擬在 相同狀況下，所得到之流線圖來討論當渠道進行往復運動時流場瞬間變化情形，
渠道的振動由最低點到最高點在到最低點為一個週期。
由圖 4-12（b）所示，從數值模擬得知當渠道從最高處向下運動時(t=3/4)，
渠道因向上移動所以靠近ㄇ型渠道上部附近流體會因為渠道的移動，流體受壁面 牽引而去填補因偏離所造成的空洞區域，所以當渠道向下時空洞中會產生流體填 補的作用，此時也因流體的流動,而能帶走熱。另外由圖 4-12（a）所示流場中之 煙線之空洞區與填補之流體現象與數值模擬之流線非常吻合。
再來我們來看渠道右邊出口的現象，由圖 4-13(b)可以看出，當渠道向下振 動(t=3/4)時，因壁面向下擠壓使流體向右運動，流線可以明顯看出往出口方向 流動，此時為往復運動熱傳效益最好得時機，可大量的帶走囤積的熱量。對應的 實驗結果為圖 4-13（a），由以上各個數值與實驗結果的對照，可說明實驗與數 值的結果互相吻合。
表 4-1 實驗參數表
組數 Re W Gr/ReW2 Δ （℃）Tw F c L c vc uo
Case1 300 0.40 10 0.0 0.75 0.0 Case2 300 0.81 20 0.0 0.75 0.0 Case3 300 1.21 30 0.0 0.75 0.0 Case4 300 1.62 40 0.0 0.75 0.0 Case5 200 0.91 10 0.0 0.75 0.0 Case6 200 1.82 20 0.0 0.75 0.0 Case7 200 2.73 30 0.0 0.75 0.0 Case8 200 3.64 40 0.0 0.75 0.0 Case9 300 0.40 10 0.2 0.75 0.94 Case10 300 1.62 40 0.2 0.75 0.94
Case11 300 0.40 10 0.4 0.75 1.88 Case12 300 1.62 40 0.4 0.75 1.88 Case13 200 0.91 10 0.2 0.75 0.94 Case14 200 3.64 40 0.2 0.75 0.94 Case15 200 0.91 10 0.4 0.75 1.88 Case16 200 3.64 40 0.4 0.75 1.88
表 4-2 ReW =300,Fc =0.0,Lc =0.75,ΔTW =10℃重複性測試之實驗溫度分佈
Front Middle Back
Front Middle Back
Front Middle Back
表 4-3 靜態模擬與實驗結果
Nu
（numerical results）
Nu
（experimental results）
ε
（deviation）
ReW
Gr/ReW2 Δ (℃) F M B F M B F M B Tw 0.40 10 12.33 5.97 3.40 13.60 6.66 3.57 9.3% 10.3% 4.8%
0.81 20 12.28 5.96 3.40 14.42 6.49 3.83 14.9% 8.1% 12.2%
1.21 30 12.16 5.86 3.24 14.37 6.60 3.68 7.8% -1.8% 11.9%
300
1.62 40 12.08 5.80 3.16 14.44 6.54 4.12 16.3% 11.2% 23.2%
0.91 10 9.72 4.93 2.95 10.37 5.57 3.11 6.2% 11.4% 5.1%
1.82 20 9.68 4.79 2.84 10.66 5.45 3.08 9.2% 12.1% 7.8%
2.73 30 9.62 4.73 2.75 10.84 5.31 3.01 11.3% 10.9% 8.6%
200
3.64 40 9.58 4.69 2.67 11.16 5.26 3.11 14.1% 10.8% 14.1%
表 4-4 渠道振盪速度表
) / (m s vc )
/
0(m s
u Fc =0.2 Fc =0.4
0.12 0.25 200
ReW = Lc =1.0
0.10 0.10
0.20 0.40 300
ReW = Lc =1.0
0.16 0.16
0.094 0.188 200
ReW = Lc =0.75
0.10 0.10
0.15 0.30 300
ReW = Lc =0.75
0.16 0.16
表 4-5 動態實驗與數值模擬之結果 (a)
(b)
Gr/ReW2 0.40 1.62
TW
Δ （℃） 10 40
heat region F M B F M B
Nu（numerical results） 13.87 6.52 4.53 13.48 5.86 3.92 Nu（experimental results） 14.97 7.94 5.28 15.54 6.11 4.57
W = Re 300
F =0.2 c c 0.75 L =
ε（deviation） 7.3% 17.9% 14.2% 13.3% 4.1% 14.2%
Gr/ReW2 0.91 3.64
TW
Δ （℃） 10 40
heat region F M B F M B
Nu（numerical results） 13.67 5.71 4.06 13.15 6.32 3.86 Nu（experimental results） 14.52 6.16 4.75 14.97 7.24 5.31
W = Re 200
F =0.2 c c 0.75 L =
ε（deviation） 5.9% 7.3% 14.5% 12.0% 12.7% 27.3%
(c)
(d)
Gr/ReW2 0.4 1.62
TW
Δ （℃） 10 40
heat region F M B F M B
Nu（numerical results） 13.32 7.17 4.28 14.14 6.73 4.12 Nu（experimental results） 15.07 8.29 5.35 16.13 7.94 5.08
W = Re 300
F =0.4 c c 0.75 L =
ε（deviation） 11.6% 13.5% 20.0% 12.3% 15.2% 18.9%
Gr/ReW2 0.91 3.64
TW
Δ （℃） 10 40
heat region F M B F M B
Nu（numerical results） 13.62 5.95 4.16 14.23 7.01 4.51 Nu（experimental results） 14.71 6.67 4.82 15.74 7.62 5.67
W = Re 200
F =0.4 c c 0.75 L =
ε（deviation） 7.4% 10.8% 13.7% 9.6% 8.0% 20.5%
表 4-6 渠道在振動下平均紐塞數增益情形
(a)
Re =300 W F c 0.2 0.4
Gr/ReW2 =0.40 Total nusselt number 9.4 9.57 TW
Δ =10℃
c 0.75
L = En（enhancement） 18.34% 20.52%
(b)
Re =200 W F c 0.2 0.4 Gr/Re2W=0.91 Total nusselt number 8.48 8.64
TW
Δ =10℃
c 0.75
L = En（enhancement） 33.4% 36.01%
(c)
Re =300 W F c 0.2 0.4
Gr/ReW2 =1.62 Total nusselt number 9.17 9.72 TW
Δ =40℃
c 0.75
L = En（enhancement） 4.42% 16.09%
(d)
Re =200 W F c 0.2 0.4
Gr/ReW2 =3.64 Total nusselt number 8.74 9.68 TW
Δ =40℃
c 0.75
L = En（enhancement） 40.91% 48.64%
0 2 4 6 8 10 12 14
Nu
First Second Third
Numerical results
Front Middle Back __
圖 4-1 ReW =300,Fc =0.0,Lc =0.75,ΔTW =10℃重複性測試實驗紐賽數(Nu)分佈
圖 4-2 Re =300，W ΔTW=40℃流線圖 Front heat region Middle heat region Back heat region
圖 4-3 Re =300，W ΔTW=40℃等溫線分佈圖 Front heat region Middle heat region Back heat region
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Nu
present results, Lc=0.75
previous study[30], Lc=1.0
Front Middle Back __
圖 4-4 Re =300，Gr/W ReW2 =0.40，ΔTW =10℃， Fc=0.2，不同振幅下紐賽數(Nu)分佈
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Nu
present results, Lc=0.75
previous study[30], Lc=1.0
Front Middle Back __
圖 4-5 Re =300，Gr/W ReW2 =0.81，ΔTW=40℃， Fc=0.2，不同振幅下紐賽數(Nu)分佈
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Nu
present results, Lc=0.75
previous study[30], Lc=1.0
Front Middle Back __
圖 4-6 Re =300，Gr/W ReW2 =1.21，ΔTW=10℃， Fc=0.4，不同振幅下紐賽數(Nu)分佈
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Nu
present results, Lc=0.75
previous study[30], Lc=1.0
Front Middle Back __
圖 4-7 Re =300，Gr/W ReW2 =1.62，ΔTW=40℃， Fc=0.4，不同振幅下紐賽數(Nu)分佈
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Nu
present results, Lc=0.75
previous study[30], Lc=1.0
Front Middle Back __
圖 4-8 Re =200，Gr/W ReW2 =0.91，ΔTW=10℃， Fc=0.2，不同振幅下紐賽數(Nu)分佈
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Nu
present results, Lc=0.75
previous study[30], Lc=1.0
Front Middle Back __
圖 4-9 Re =200，Gr/W ReW2 =1.82，ΔTW =40℃， Fc=0.2，不同振幅下紐賽數(Nu)分佈
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Nu
present results, Lc=0.75
previous study[30], Lc=1.0
Front Middle Back __
圖 4-10 Re =200，Gr/W ReW2 =2.73，ΔTW =10℃， Fc=0.4，不同振幅下紐賽數(Nu)分佈
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Nu
present results, Lc=0.75
previous study[30], Lc=1.0
Front Middle Back __
圖 4-11 Re =200，Gr/W ReW2 =3.62，ΔTW=40℃， Fc=0.4，不同振幅下紐賽數(Nu)分佈
(a)流場可視化
(b)模擬之流場
圖 4-12 Re =300，W ΔTW=40℃，F =0.2，c Lc=0.75，動態 t=3/4 時入口 之流場可視化與模擬比較
(a)流場可視化
(b)模擬之流場
圖 4-13 Re =300，W ΔTW=40℃F =0.2，c Lc=0.75，動態 t=3/4 時出口 之流場可視化與模擬比較