Abstract
高溫流場在許多工程應用上扮演極重要的角色，例如燃燒鍋爐、熱交換器及推進系統中的燃燒室。傳統以常溫流體來分析高溫流場的方式，對許多物理現象及數值大小並無法確切掌握。因此本論文設計了高溫流場的實驗分析設備及各種實驗，並已獲得詳盡有用的資料。實驗所使用的熱流風洞提供500?700 k的高溫氣流，階梯的下底板為多孔質板所構成，以常溫氣體經過此多孔質板均勻送入測試區，可探討高低溫氣流的流體混合及熱混合作用，並可研究其交互作用的影響。本論文之結論如下： (1) 由流場觀測之結果可知，壁面噴流的增加會使剪流層渦漩流逸尺度變大、頻率增加、增加剪流層的不穩定性。壁面附近流體混合強烈的區域會隨著噴流量的增加而使範圍擴大。 (2) 壁面熱傳主要由垂直方向熱傳導所提供，熱傳量隨著進口溫度的增加、速度的提高、壁面噴流量的減少而增加。Nusselt number受溫度及雷諾數的增加而增加，Stanton number的分佈則不受進口溫度、速度的影響，是具有代表性的無因次參數。 (3) 壁面噴流對於流場平均特性影響不大，但對紊流特性有明顯的影響。迴流區內紊流強度受噴流作用而降低，但剪流層上半部及迴流區之後則因噴流的增加使紊流強度及雷諾剪應力增加。 (4) 在高溫流場由於溫度效應會影響氣體黏滯性，進口參數的選擇上比起常溫流場複雜。由實驗結果顯示，不同進口溫度下保持相同進口雷諾數的情況，迴流區外及自由流區流場有較佳的相似性，是較好的進口參數選擇。 (5) 壁面噴流在剛進入測試區的暫態過程中，一開始混合作用最強烈的是迴流區中0.4 Xr的位置。隨著時間的增加，噴流的混合及冷卻效果由階梯附近向外傳遞，在時間為50秒時流場就以幾近穩定。只有在壁面附近 0.2 Xr處最慢達到穩定。