已完全發展的管內層流之結合熱傳遞的嚴整研究

Abstract

近年來，由於管流中強制對流問題的管壁熱傳導效應顯得非常重要，促使大家對結合 熱傳遞（Conjugate heat transfer ）問題的研究相當重視。許多研究人員對此問題 做了不少的探討，然而他們的研究不是在方程式的推導中做簡化，就是使解題的過程 近似化。本研究將對此一問題分別在穩態及暫態的情況下做嚴謹且深入的探討。 本研究在探討一個很長圓管中的層流，當其有限長度之外管壁突然受到一均勻熱通量 時，此結合熱傳遞分別在穩態及暫態時的影響。藉著完全隱性的指數有限差分數值方 法來解決此問題。而且不僅深入的考慮在流體及管壁中有軸向以及徑向的熱傳導效應 ，同時更在暫態時對其熱容量做完整的考慮。本問題的重要結果，如平均流體溫度、 管壁溫度、界面熱通量以及紐塞數（Nusslt number ）皆在不同的參數（諸如：流體 的培雷數（Pelect number ) 、熱傳導率比值、內外徑比值、加熱長度、以及熱擴散 率比值）下，以圖表示之，且做詳盡的討論。結果顯示，對結合熱傳遞而言，管壁中 軸向及徑向的熱傳導皆具有非常重要的影響，加熱兩端點附近產生非常有趣的穿透現 象，它主要是受流體培雷數熱傳導率比值以及管壁厚度的影響。除此之外，對暫態時 的界面熱通量而言，在加熱開端處出現了尖立（Peak）的現象，而緊接著加熱末端後 更出現了出人意外的負值效應。