大高度下之垂直圓柱容器中一空氣圓形噴流衝擊至一加熱圓盤之混合對流渦流特性研究

Abstract

本篇論文利用實驗流場觀測方法及溫度場量測方法探討在較大的噴流到圓盤的距離對於在垂直圓柱容器中一空氣圓形噴流衝擊至一加熱圓盤的穩態及非穏態渦流結構之流場特性進行研究。由於在較大的高度下，慣性力及浮力所驅動的渦流相對的比較強烈，所以本實驗主要的研究重點是在探討噴流到圓盤的距離對於穩態及非穏態的慣性力及浮力渦流結構流場之臨界發生點與特徵，除此之外，由慣性力及浮力所造成的非穏態流場也將會註明。在本實驗研究操作範圍分別是：噴流到圓盤的距離40〜60 mm，噴流的直徑固定為10 mm，流量變化0〜12.0 slpm，加熱圓盤與入口冷空氣間的溫度差範圍0〜25.0℃，所相對的噴流雷諾數變化為0〜1,623，相對於雷利數0〜507,348。 由流場觀測及溫度場量測可以清楚顯示噴流到圓盤的距離對於一次渦流、二次渦流、三次渦流及浮力渦流的臨界發生雷諾數有顯著的影響。其中一次渦流 只有在噴流到圓盤的距離比上噴流的直徑HDj為6且非常高的浮慣比之下會消失，而二次流在HDj為5及6下不會出現。 除此之外，我們定義了四種典型的不穩定現象，分別是慣性力、渦流相互推擠、第一類浮力、第二類浮力所造成的不穩定渦流流場，其中第二類浮力所造成的不穩定渦流流場發生在HDj等於4到6且非常低的雷諾數下。而在HDj等於4時流譜主要是由渦流相互推擠這種不穩定渦流流場所主導，而當HDj由4增加到6時，流譜則漸漸轉由非週期性的慣性力所造成的不穩定渦流流場主導。除此之外，當HDj增加時，流譜中的穩定渦流流場區域逐漸縮小。 最後，我們對由慣性力及浮力所造成的渦流及各類的渦流流場不穩定性的實驗結果做分析，求得經驗公式。