present results - 管道熱傳增益之動態分析研究

X

u

圖 4-3 雷諾數 200 平均紐塞數隨時間周期變化示意圖

Time step

Nu

1 2 3 4 5 6 Cycle

圖 4-4 雷諾數 600 平均紐塞數隨時間周期變化示意圖

Time step

Nu

1 2 3 4 5 6 Cycle

圖 4-5 x₂x₃平面流場示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 截面流場

(p_l⁾ (p_r)

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-6 x2x3平面溫度場示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 截面溫度場

(p_l) (p ) _r X3

(p_l) (p ) _r

Nu (a)

(b)

(c)

圖 4-7 局部紐塞數示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 線段上紐塞數分布

(p_l⁾ (p_r)

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-8 x₂x₃平面流場示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 截面流場

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-9 x2x3平面溫度場示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 截面溫度場

(p_l) (p ) _r X3

(p_l) (p ) _r

Nu (a)

(b)

(c)

圖 4-10 局部紐塞數示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 線段上紐塞數分布

(p_l⁾ (p_r)

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-11 x₂x₃平面流場示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 截面流場

(p_l) (p_r)

(p_l⁾ ⁽p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-12 x₂x₃平面溫度場示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 截面溫度場

(p_l) (p ) _r X3

(p_l) (p ) _r

Nu (a)

(b)

(c)

圖 4-13 局部紐塞數示意圖.(雷諾數=200, V_b=1/4) (a) AB 線段上紐塞數分布

(p_l) (p_r)

(p_l⁾ (p_r)

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-14 x₂x₃平面流場示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 截面流場

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-15 x₂x₃平面溫度場示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 截面溫度場

(p_l) (p ) _r X3

(p_l) (p ) _r

Nu (a)

(b)

(c)

圖 4-16 局部紐塞數示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 線段上紐塞數分布

(p_l⁾ (p_r)

(p_l⁾ ⁽p_r)

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-17 x₂x₃平面流場示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 截面流場

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-18 x₂x₃平面溫度場示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 截面溫度場

(p_l) (p ) _r X3

(p_l) (p ) _r

Nu (a)

(b)

(c)

圖 4-19 局部紐塞數示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 線段上紐塞數分布

(p_l) (p_r)

(p_l⁾ (p_r)

(p_l) (p_r)

(a)

(b)

(c)

圖 4-20 x2x3平面流場示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 截面流場

(b) CD 截面流場

(p_l) (p_r)

(p_l⁾ ⁽pr)

(a)

(b)

(c)

圖 4-21 x₂x₃平面溫度場示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 截面溫度場

(p_l) (p ) _r X3

(p_l) (p ) _r

Nu (a)

(b)

(c)

圖 4-22 局部紐塞數示意圖.(雷諾數=600, V_b=1/2) (a) AB 線段上紐塞數分布

圖 4-23 雷諾數 200 下流動方向加熱壁面中央處之平均局部紐塞數比較圖

X

1 X1

Nu

without block

b 1/ 4 U 

b 1/ 2 U 

圖 4-24 雷諾數 600 下流動方向加熱壁面中央處之平均局部紐塞數比較圖

X

1 X1

Nu

without block

b 1/ 4 U 

b 1/ 2 U 

表 4-2 不同雷諾數與薄板移動之熱傳增益比較

Re U

( Nu ) En

200 N/A 6.31 N/A

200 U_b 1/ 4 6.22 -1.42%

200 U_b 1/ 2 6.51 3.11%

600 N/A 7.03 N/A

600 U_b 1/ 4 10.02 42.40%

600 U_b 1/ 2 10.84 54.04%

4-2、三維垂直管道加裝移動平板混合對流：

時階下位於加熱區 CD 與 EF 上方的 x₂x₃截面流場圖，此兩個截面由於距離加熱面前端較遠，加上受到薄板的阻隔造成管道流在這一瞬時還沒到達此兩個截面，

而上個時階薄板仍為向右移動，故三維流場中還大多是向右的趨勢，並造成與緊鄰薄板左邊的地方有向上的速度向量，也可觀察到薄板左邊有類似回流的區域。

圖 4-27(a)~圖 4-27(c)為對應前述三個截面的等溫線分布圖，圖 4-27(a)為薄板前端 AB 截面的溫度場，由於入口管道流還未接觸到加熱面，故在此圖上的等溫線分布很緊密，而薄板左側部分又較右側稍微緊密，此為通過左邊空間的流量會大於通過右邊空間的緣故。圖 4-27(b)及圖 4-27(c)則是對應前面 CD、EF 截面流場的等溫線分布圖，由於位於較下游區域可以看到這兩個地方跟前面相比等溫線分布稀疏很多，此外可看到薄板右邊空間的等溫線明顯比左側區域稀疏，而由於薄板與管道流的交互作用造成在薄板左邊的區域有類似旋轉流產生，對靠近薄板左側的地方產生衝擊，所以可觀察到等溫線的凹陷。圖 4-28(a)~圖 4-28(c)則是對應前述三個位置的局部紐塞數分布圖，圖中虛線為在相同條件下未加裝移動薄板的局部紐塞數。圖 4-28(a)中由於由進口過來的管道流剛碰到加熱面，使得熱傳效益瞬間提升，可以觀察到在薄板左邊的局部紐塞數都比未加平板時高不少，而在薄板右邊區域因為空間較小及上個時階薄板往右擠壓運動的影響，通過的流體流量小很多，故其熱傳效益甚至比未加薄板時差。圖 4-28(b)和圖 4-28(c)的紐塞數可以看到整體數值會較圖 4-28(a)中為低，此為這兩個區域距離加熱面前端較遠的緣故，在薄板左側的地方因為前面所提及之類似迴旋流場衝擊的關係，可以觀察到鄰近薄板左側區域的局部紐塞數都比未加裝薄板時增高不少，而在最左邊的地方也因上述影響，所以角落附近的熱傳會較低。在薄板右側的區域由於前面提到流體的流動性較差，所以熱傳效益較差是可以預期的。

圖 4-29(a)~圖 4-29(c)為薄板移動到管道中央位置，於加熱區上方前(AB)、中 (CD)、後段(EF)三個不同位置的 x2x3截面流場圖，一樣可以看出緊鄰薄板處有較激烈的速度場，薄板與管道流交互作用產生的迴旋流場情形在這時階下更加明顯，

在底部附近的流場趨勢也受到此迴旋流場的影響。圖 4-30(a)~圖 4-30(c)為對應此

時階流場下的等溫線分布圖，可以觀察到與前個時階圖 4-27 溫度場類似的現象。

作用較強，往加熱面上流動而類似於阻礙了進口管流的流動，使得熱傳效益在加裝移動平板下仍相對較差。

表 4-5 及表 4-6 為本研究所有不同溫差及浮慣比平均紐塞數的整理，為了方便觀察熱傳效果，定義一熱傳增益En，其表示如下:

( ) ( )

( )

with block without block

without block

Nu Nu

En Nu

  (4-15)

where ( ) ¹

p t

Nu Nu dt

t



表 4-5 為溫差 100K 的熱傳增益比較，在浮慣比較低的情況中，由於移動薄板與管流的交互作用比較強烈，最高可以看到有 30%的熱傳增益。反之，在表 4-6 溫差較低的案例中，由於交互作用較弱而抑制了熱傳效果，熱傳增益最好的情形僅有大約 10%，而大部分的案例甚至熱傳效果比未加薄板時更低。

表 4-3 本研究在 T 12K的模擬案例

表 4-4 本研究在 T 100K的模擬案例

在文檔中管道熱傳增益之動態分析研究 (頁 71-99)