傾斜矩形管內穩態及週期性順向空氣混合對流之數值研究

Abstract

本研究係以三維數值計算來模擬在底部加熱之傾斜矩形管內穩態與週期性 的流場結構.利用三階有限差分法結合 Projection法來解 Navier - Stokes 和能量方程式.最大傾斜角是由水平升起至 60 度.計算結果主要 著重於當雷諾數Re 為 50 和矩型截面寬高比 A 為 12 時順向空氣流之流 場與溫度場的分析.在穩態時 ,軸向渦流往下游均勻成長為完全發展態.而 在更高的加熱比值時 ,流場變為週期性且渦流斜向旁壁或中央面.對給定 一傾斜角時,增加浮力使得流體不穩定,除了傾斜角為60 度時有反向過渡 (reverse flow transition)的現象發生. 由浮力驅動的流動過渡遵循 Rulle - Tuken 的途徑. 另外,傾斜矩形管內順向空氣混合對流之狀態分 佈圖 (regime map) 亦在文中提出.