Abstract
本研究乃從事一系列實驗，來探討有關在具有紊流增進器之突出物渠道內流體熱流特性。在本研究中，發展了一套有效的流場觀測及影像處理系統，在定性及定量上，從流場觀測結果來探討及詮釋其相關熱流特性。各種相關參數如渠道間隔，渠道進口速度，穩態對流熱通量，紊流增進器之高度及位置對流場特性的影響，在本研究中均有詳細的探討。經一系列之數據處理，本研究提出了渠道內多發熱突出物在強制對流下暫態對流熱通量的量測方法及相關的經驗公式。 此經驗公式的分佈趨勢在渠道進口速度等於每秒0.7 米時會趨近於自然對流之結果。此外，此經驗公式尚可用來有效地預估達到穩態的時間。在本實驗中，從溫度場的量測可證實二維溫度場的假設是合理的。除此，用來觀測流場的煙霧對渠道內流體熱流特性之影響可忽略。而且，穩態對流熱通量對流場及溫度場的影響在本研究中亦被證實可忽略。由定性的觀察上可知，當渠道進口速度增加時，流體在有效收縮渠道中變得比較率亂且流體變會被加速，當H/B 比減小時，在有效收縮渠道中的速度因而增加，所以熱傳效果也隨之增加。在有裝置紊流增進器之情況時，其有效收縮渠道中的流體會隨t/H比增加而被加速。當t/H≦0.5時，有效收縮渠道中的流體速度會增加而有一迴流在緊臨紊流增進器的後面產生；同時亦發現會有一像噴射流體的行為在有效收縮渠道中發生，此噴射流體會直接衝擊到紊流增進器下游區的突出物，因此會增加其下游區的熱傳效果。在 t/H≦0.5625時，緊臨紊流增進器的下游則不會產生迴流，但在紊流增進器的上游區則有一強烈的渦流產生，因而在渠道中會產生一相當大的壓力損耗。在定量的量測上，通常在渠道中流場的型態可分為四個區域來討論。流場的特性在此四個區域中包含有渦流中心，邊界層分離區長度及再接觸區長度。在渦流中心的量測上，當渠道進口速度減小時，渦流中心會更偏離突出特間之凹槽的幾何中心。在再接觸點的量測上，當紊流增進器往下游區移動時，在第四個突出物後面之迴流再接觸區的長度會增加，然而當渠道進口速度增加時，此迴流再接觸區長度反而會減短。在第一個突出物上游之邊界層分離區長度的量測，線長度會隨紊流增進順高度之增加或渠道進口速度之減少而增加；除此外，其亦會隨紊流增進器往下游區移動而增長。在靠近紊流增進器區域之下游再接觸區長度及上游邊界層分離區長度分別會隨紊流增進器往下游區移動而縮短或增長。