底部加熱之扁平管中由混合對流熱傳引起之渦流結構實驗研究

Abstract

本篇論文係藉由詳細的實驗研究，探討在底部加熱之水平扁平管，因混合 對流熱傳引起之渦流結構變化。在實驗中以無因次參數雷諾數、雷利數、 浮力比，扁平管寬高比為控制變因，廣泛地研究空氣混合對流的特徵。研 究顯示縱向渦流(longitudinal rolls)之不穩定在寬高比較大時肇因於渦 流的分裂及合併且其時間樣本(time samples)不具週期性。在低寬高比時 渦流之不穩定性源於渦流的蛇行運動(snaking)而其時間樣本則具週期性 。在橫向渦流(trans- verse rolls)方面，研究顯示其存在條件為低雷諾 數及高浮力比，在上述條件下試驗段入口處之無因次平均溫度能均勻地上 升，一旦其值接近零時渦流結構就過渡(transition)為橫向渦流。橫向渦 流具明顯的週期性，當浮力比值太大時其週期性由下游至上游逐步消失。 對於扁平管中之研究顯示，渦流之型態可區分成縱向渦流，間歇性渦流 (intermittent flow pattern）混合式渦流（mixed rolls)及橫向渦流四 種主要型態。關於不同型態渦流間之轉換，研究顯示其最後型態 (end state) 與控制路徑無關，但其中介型態 (intermediate state)則有明顯 的遲滯性（hysteresis）。最後，實驗顯示寬高比對渦流結構之影響就如 同把試驗區核心部份移除，此外降低寬高比有使渦流趨於穩定的效果。