頂板傾斜之垂直圓柱容器中一低速空氣圓形噴流衝擊至一加熱圓盤之渦流結構流場觀測

Abstract

熱浮力造成之渦流結構對垂直圓柱容器中一低速空氣噴流衝擊至一加熱水平圓盤影響很大且會造成流場之不穩定。本篇論文利用流場觀測結合溫度量測之方式針對傾斜圓柱容器上板之幾何結構研究對於熱浮力造成之渦流結構抑制的影響。圓柱容器之上板由原來的水平頂板距加熱底板維持在2 cm高度改為傾斜頂板由中心噴流出口距加熱底板2 cm 處線性縮減至外圍頂板距底板1 cm高度.其影響包括了流場被加速及局部雷利數之改變.我們此次的研究焦點放在噴流入口流量、加熱圓盤與入口冷流體間的溫度差以及入口管徑對於渦流流場結構的影響與水平頂板之實驗作一比較。在本實驗研究中，我們藉由拍攝流場結構的上視圖以及側視圖以釐清由浮力、噴流慣性力、噴流衝擊效應所交互影響著的流場型態。實驗的操作範圍分別是：流量變化0∼5 slpm，加熱圓盤與入口冷空氣間的溫度差範圍0∼25℃以及兩種不同入口管徑（10 與 22.1 mm）。在本篇論文的實驗結果顯示了在實驗爐體中存在的典型流場結構是由三個圓形渦流卷所組成。在傾斜頂板的實驗結果與水平頂版的實驗結果比較可知，傾斜頂板對於熱浮力驅動之渦流結構有很大的抑制效果.在高浮力或是低慣性力的實驗條件下，流場內的渦流結構在水平頂板實驗中則呈現不穩定之情況，藉由傾斜頂板之抑制可使得此種不穩定結構退化為穩定之流場結構。本篇論文亦針對渦流結構之大小作一定量分析並由溫度場量測中比對流場結構可知其變化受流場結構影響很深。