垂直流道內的熱質傳自然對流研究

Abstract

本文目的在於了解垂直流道內自然對流的動量，能量及質量傳遞的過程，特別是了解 因液膜蒸發所引起的潛熱傳遞在自然對流中所扮演的角色。為了解此目的，本文中理 論與實驗同時並行。 道先，用理論與實驗研究，當格拉夫數（Grashof number）很大時，垂直圓管內的自 然對流。理論中，過渡及紊流模式被建立來模擬自然對流的過渡熱傳遞情形，模擬的 結果與實驗結果相比較，很吻合。建立的過渡及紊流模式在擴充用來探討熱質傳並存 的紊流自然對流。 然後，探討兩垂直平行皮間的熱質傳自然對流，平板壁面熱邊界條件維持等溫或絕熱 。初步研究裡，假想依附在平板表面的液膜為無限薄；然後，平板表面的液膜擴充為 有限厚，來研討液膜內動量及能量傳輸對氣流場熱質傳的影響。結果是針對水 -空氣 兩種系統，在不同條件下加以探討，而壁面的液膜在整個熱傳上所扮演的角色，也被 詳加研究與特別強調。 理論分析時，我們發現當平板壁面溫度比外界溫度高時，液膜的存在可增進壁面熱傳 達１０倍，而增加的幅度與壁溫有關；而當壁溫比外界溫度低時，液膜可用來保護壁 面，做為熱防護功能。同時我們發現，液膜厚度為無限薄的假設，僅適用於液膜質量 流量率很低時，若液膜流量大時，液膜假想為無限薄所預測的熱傳分佈結果，會比實 際的結果來得低。 為了檢查模擬的熱質傳結果正確與否，我們也做了實驗，結果相互比較發現，實驗結 果與理論非常吻合。