加熱傾斜管道中之暫態自然對流

Abstract

本篇論文在以數值方法探討一定高度之不對稱加熱傾斜管道內暫態自然對流，使用SI MPLER 作為數值方法，在此考慮入口及出口效應，當瑞利數（Ra）從１０3 至３×１ ０4 ，管道傾斜角度由０°至６０°及長寬比（aspect ratio）由５改變至１０時， 其暫態過程中流動及熱傳性質之結果分析。 一些有趣之現象可以見到，如時間開始不欠後有多重回流；因橫向浮力存在而使流場 有明顯震盪；某一時段內速度及溫度出現比穩定時還高的情形，此引起暫態平均紐塞 收（Nu）稍微下降。 結果顯示：穩定平均紐塞數與瑞利數之關可以一條方程式表示：即Nu＝１﹒００３× （（Ra／A ）cos r ）０﹒２４３ 在高瑞利數或較大傾斜角度時，由出口向外擴散之流動及管道內接近絕熱板壁之流場 ，皆呈現高度不穩定性，然而溫度場及紐塞數卻不受影響。另者，當瑞利收超過某一 值時，由於所用數值方法因素得不到收歛值，此可能是流場已顯示有三維空間性質而 非二維之問題了。 至於吸進管道內之流體量以雷諾數（Re）表示，在熱傳應用系統上是相當重要的一個 參考。當高瑞利數及管道傾斜角度時，由雷諾數與無因次時間之關係發現較大的震盪 。然而對於較大之長寬比（aspect ratio）來說，流場卻顯得較小之震盪。整體來說 ，吸進管道內之流體量隨高瑞利數較小管道傾斜角度及較大長寬比（aspect ratio） 而變大。另外，若固定長寬比及管道傾斜角度時，平均紐塞數隨瑞利數增加而增加。 流場內之熱傳亦隨管道傾斜角度變大而顯得不佳。