Abstract
為因應船舶柴油主機單位重量馬力輸出持續升高，造成引擎活塞熱負載與機械負載增加之趨勢，活塞冷卻性能必須配合提昇，欲達成活塞內冷卻流道之熱傳增益目標，最務實的方法乃是先行瞭解相關流場之基本特性，然而先前文獻中並未有關流場量測結果之報導。本文乃以空氣流經凸字型半封閉渠槽模擬實際船舶引擎活塞內之散熱盲管與氣室內流場，首度利用雷射都卜勒測速儀(Laser-Doppler Velocimetry(LDV))定量量測盲管與氣室在不同往復數下之流場特性，並輔以流場觀測驗證測試管道於靜止狀態下之LDV定量結果。所測試之盲管長寬比為1，深寬比為6；而氣室之長寬比為1，高寬比為0.5。流況參數方面，盲管雷諾數為1400(整個測試管道進口雷諾數為8500)，往復數則為0、0.22及0.44(整個測試管道進口往復數為0、0.023及0.046)。靜止狀態下之LDV結果顯示，流體於氣室入口處會造成噴流，帶動氣室內在 平面之流體形成左右對稱渦漩區；而盲管處 平面上會形成主要與次要渦旋，其結果與視流法所得流場特性一致。結果也顯示，流體自氣室流入盲管之流量僅佔整體測試管道進口圓管處總流量的6.2%。而流體進入盲管的有效穿透深度為3.1個盲管水力直徑高。往復運動下之LDV量測結果，乃利用角度紀錄器而能提供半封閉渠槽流場於不同相位角時之相位平均速度場(Phase Averaged Mean Velocity Field)分佈。在所檢視的4個相位角(即0週期、1/4週期、1/2週期及3/4週期)下，發現前述盲管流場之主要渦旋正向平均速度之平均值在往復運動與靜止狀態下之比值、盲管進口流量與氣室進口流量之比以及有效滲透深度均會隨著往復數增加而下降，此與其他研究學者之熱傳實驗結果有相同之趨勢。而紊流強度分析結果顯示，盲管內部之流場均為非等向性(v’/u’介於10%~70%)。相信本文之實驗結果，提供了一組有用的往復運動下半封閉渠槽內流場之定量數據庫，可做為設計活塞內冷卻系統之參考，並提供數值模擬驗證用。