長矩形微流道不可壓縮層流與紊流場之三維數值計算

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Title:	長矩形微流道不可壓縮層流與紊流場之三維數值計算
Other Titles:	Three-Dimensional Numerical Simulation of Incompressible Laminar and Turbulent Flows in Long Microchannels
Authors:	陳慶祥
Contributors:	淡江大學航空太空工程學系
Date:	2005
Issue Date:	2009-03-16 16:14:11 (UTC+8)
Abstract:	一些研究者仔細的比較了已發表的有關微流道摩擦及熱傳的實驗數據後，發現實驗數據與傳統大管道理論所預測的有相當差距，不同的實驗所得的結果差異相當大，實驗結果的趨勢也不盡相同。目前對此一差異的形成及其可能的解釋尚未完全釐清。有些研究者認為實驗數據與傳統大管道理論的差距可由下列的微尺寸效應來解釋：(1).軸向熱傳(較小的Peclet數)。(2).藕合的熱傳(Conjugate heat transfer,較厚的管道壁)。(3).溫度造成的流體性質變化(大的軸向溫度梯度)。(4).壓力造成的流體性質變化(大的軸向壓力梯度)。(5).壁面粗糙度(具體的壁面粗糙分佈)。我們目前尚無法準確的預測流體在微流道裏的摩擦及熱傳特性，這一方面的問題仍有待進一步研究。大部份已發表的有關長微流道裏不可壓縮流流場的數值計算論文皆是二維或三維但使用很粗的網格，這些粗的網格無法精確計算由於非常大的溫度及壓力梯度所帶來的急劇流體性質與流場變化。我們也很難找到有關長微流道裏三維不可壓縮紊流場的數值計算論文。這是由於利用完整的 Navier-Stokes 方程式來計算三維的長微流道流場需要大量的計算時間及電腦記憶體。本計畫主要在發展一套有效率的三維數值計算方法來預測不可壓縮流體於長微流道的層流與紊流流場。本數值計算的優點，在於它的統御方程式是一個具有拋物線型特性的方程式。它採用了一個在空間中有效行進的方法來求解統御方程式，速度上至少比解完整的 Navier-Stokes 方程式快上百倍。此一數值程式是研究長微流道流場的快速而準確的工具，它可幫助探討長微流道流場因大的溫度變化(大的軸向溫度梯度)造成的流體性質改變所引起的摩擦與熱傳效應的改變，幫助我們解釋實驗數據與傳統大管道理論的差異以及不同研究者所得實驗數據的差距的原因。
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