在對流熱傳中之熱輻效應的理論與實驗探討

Abstract

本文係以理論與實驗探討灰色或非灰色流體在矩形及圓形密閉器中之熱輻射與強制, 自然及混合對流間的交互作用, 在此分成三部分來探討熱輻射效應對系統熱傳及流場 的影響: 第一部份是有關綜合強制對流與熱輻射效應的分析, 我們考慮一會吸收及放射熱輻射 的灰色流體在一無窮長圓管中流動, 黑色的管壁上有一等熱通量加在某一有限長度上 , 管壁其他部分則為絕熱, 熱輻射的效應由解輻射熱通量之散度(divergence of ra- diative heat flux)的維積分方程式來得到, 而積分方程式則以有限單元節點近似法 (finiteelement nodal approximation) 來解得, 能量方程式以Crank-Nicolson有限 差分法配合迭代程序來求得, 這部分主要研究軸向輻射效應對流體預熱及後熱的影響 。 第二部分我們探討熱輻射與混合對流之綜合效應對在等溫水平圓及方管中之灰色流體 的影響, 流體會吸收及放射熱輻射, 用以表示輻射效應的積分方程式及其數值解法皆 與第一部分類同, 在這部分採用velocity-vorticity形式的統禦方程式而以DufortF- rankel方法解之。文中探討熱輻射與混合對流之交互作用對熱傳率及二次流 (secon- dary cell) 的影響, 另外,幾何效應對系統整體熱傳及個別熱傳的影響也會被探討。 第三部分是有關三維密閉方形空間中, 熱輻射與自然對流的綜合效應在暫態共軛問題 上的分析, 在此考慮一等熱通量加在一有限厚度垂直壁的外側, 另一垂直面則保持等 溫, 第二部分所採用的解法都應用於這部分, 輻射、傳導及自然對流的交互作用對熱 傳率及流場的影響都會被探討, 用Schilieren光學系統配合上CCD 照相機來建立一個 比較不同流體二次流出現時間的標準, 二氧化碳的非灰色吸收係數被加入數值計算中 且所得的數值結果與實驗做比較。