底部加熱矩形管中由浮力引起之流體混合對流研究

Abstract

本篇論文係藉由詳細的數值模擬研究 ，探討混合在底部 (或單邊)加熱的 水平傾斜及垂直矩形中，因浮力所引起的流體變化及熱傳性質的改變。這 些現象，對微電子零件的冷卻，扮演十分重要的角色。在數值計算中，利 用高階差分法去展開沒有經任何紊流模式或高 Pr數簡化的暫態三度空間 運動方程式及能量方程式，並以統御參數如雷諾數、浮力比、矩形管寬高 比、傾斜角、及普克蘭數為控制變因，廣泛地研究混合對流的特性。研究 結果清楚地說明，在低浮力比時，穩態軸向渦流的形成；以及在更大浮力 比，軸向渦流之間的交互作用，所產生空間搖擺的現象。這一些流場的轉 變，除了與浮力比有關外，也與寬高比及雷諾數相關。浮力比值略為增加 ，流場出現明顯的週期振盪；隨著浮力比加大，流場由週期振盪轉變成非 週期；之後，演變成混沌流場。透過流體性質的時間樣本、頻譜密度、及 相關空間軌跡的分析，可以清處地說明，由浮力所引起之混合對流，由過 渡混合對流到紊流混合對流的過程。分析結果顯示：此一系統，由層流演 變到紊流的變化，是經由路易士- 狄更斯的途徑。