流動振盪對均勻加熱圓管內層流熱傳遞影響之研究

Abstract

本文主旨在從理論上分析層流（Laminar Flow）在均勻加熱之圓管內，其對流熱傳係 數（Coefficient of Heat Transfer）受流動振盪（Flow Oscillation）的影響。基 本上假設在初態（Initial State ）時流場是穩定且已發展完成（Steady Fully Dev eloped Flow ）而流動的振盪則是因管內壓力的週期性變化所產生。 文中先應用有限差分方法（Finite Difference Method）的隱性架構（Implicit Sch eme ）解出動量方程式中的速度分佈，結果顯示；在低頻率和大幅度的壓力變化下， 流場中會有迴流現象（Folw Reversal ）發生，另者迴流期間內之速度分佈並不同於 穩態時分佈，特別是速度的最大值其徑向位置乃居於中心線和管壁間的某一圓週上。 同時本文亦成功地求得產生振盪迴流時，所需壓力變化的顏率與振幅間的關係，此乃 首創。 從能量平衡式知流場溫度是時間，和徑向與軸向位置的函數，因此在求解能量方程式 時應用交替隱性方向架構（Alternating Directional Implicit Scheme ）的有限差 分法，配合已解出的速度分佈，算出流場溫度分佈，進而計算圓管的熱傳係數。根據 結果分析熱傳係數的變化乃是受振盪迴流的影響，因此當壓力變化的頻率高且振幅小 時，對於流場之熱傳係數並無可觀影響；此外發現振盪流動的熱傳係數和流場內近管 壁處之流速及其一次與二次導數有密切關係。 依本文依模擬之實例在0.1 Hz的壓力變化頻率時，全支圓管的等值熱傳係數，在一振 盪週期的時間平均值，當壓力振幅比是20到50時，可較穩態值高出11∼16％。