平行板流道中完全發展層流/紊流之暫態耦合熱傳

Abstract

由於過去的學者對於熱交換器中之元件，如圓管或平行板流道，多集中於有關穩定態 的熱傳分析，而且他們往往忽略了管壁的熱傳效應；這樣的熱傳研究成果只能適用於 管壁非常薄的元件，而且穩定態分析也不符合現代丌業的需求。因此本文將利用內穩 式有限差分的方法來研究內流場已完全發展的無限長平行板流道，當流道的管壁外面 某段受到定值熱通量加熱，而管壁厚度，管壁的熱傳導皆考慮時的暫態熱傳現象。 理論分析共包含了兩個部份；第一部份研究內流場為層流時：培克萊數（Pe），管壁 對流體的熱傳導係數比（K ），管壁對流體的熱擴散係數比（A ），管壁厚度（β） ，以及加熱段長度（L ），個無因次參數對於暫態耦合熱傳的影響；第二部份研究內 流場為紊流時：流體的雷諾數（Re），流體的普納德收（Pr），以及K ，A ，β，L 六個無因次參數對於暫態耦合熱傳的影響。 經過CDC CYBER ／７２０NOS-２﹒的詳細運算之後的我們不難發現：不論內流場為速 度較慢，對流效應較差的層流或是速度較快，對流效應較佳的紊流，管壁對熱傳的影 響都相當明顯；尤其當管壁的厚度增加或管壁的熱傳導效應增加時，田管壁外面傳向 流體的熱通量會顯著地減少，而且由加熱段往上下游的熱損失也伴隨著增加，所以我 們可以得到一個很重要的結論，就是在考慮暫態耦合熱傳問題時都不適宜將管壁的傳 導效應忽略不計。