紊流強度及渦流強度對三維背階流流場及熱傳效應探討

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Title:	紊流強度及渦流強度對三維背階流流場及熱傳效應探討
Other Titles:	Effects of Turbulence Intensity and Vortex Strength on Flow and Heat Transfer Characteristics in Three-Dimensional Backward-Facing Step Flows
Authors:	陳增源
Contributors:	淡江大學航空太空工程學系
Keywords:	三維背階流;紊流強度;渦流強度;熱對流
Date:	2006
Issue Date:	2009-03-16 16:14:09 (UTC+8)
Abstract:	分離(separated)及再接觸(reattached)流發生在許多工程應用系統中，如熱交換器、電子設備、渦輪葉片、燃燒室、擴散器、飛機機翼及建築物等，由於其在熱傳、燃燒及流體力學上有著重要影響，過去幾十年來，已有非常多研究利用背階式(backward-facing step)管道探討二維分離及再接觸流之流場及熱傳特性。然而在實際系統中，往往為三維流場特性，由於其更複雜之流場結構，文獻中探討三維分離及再接觸流流場及熱傳特性遠少於二維之研究，且在已有三維研究中，以探討管道入口為均勻流為主，而在實際系統中，其可能為具有高紊流度或/及渦流度流況，在文獻中未見有相關探討。本研究計畫為兩年期計畫，第一年期計畫，將利用不同紊流器產生不同紊流強度於管道背階入口，實驗探討紊流強度在三維分離及再接觸流中對流場及熱傳影響，探討其影響之物理機制；第二年期計畫，將利用不同攻角三角翼渦流產生器產生不同渦流強度於管道背階入口，實驗探討渦流強度在三維分離及再接觸流中對流場及熱傳影響，探討其影響之物理機制。研究內容主要包括在有無紊流產生器及有無渦流產生器下，(1)探討三維背階流流場特性，包括再接觸長度、再接觸位置、迴流區特性、不同管道斷面流場結構及紊流強度分佈，(2)探討近背階壁面(熱傳面)流場特性，包括定量流場對流、二次流及紊流效應，(3)探討背階壁面(熱傳面)上熱傳分佈特性，(4)探討近 2 熱傳面流場特性與熱傳關聯。一風洞系統用來產生空氣流於一直管道入口，其後接有不同高度測試管道形成一展弦比4、擴張比1.33背階管道；背階壁面置有熱傳裝置，以0.075厘米厚不銹鋼薄片作為熱傳面；紊流產生器及渦流產生器置於直管道內；流場流況包含層流、過渡流及紊流；實驗量測內容包括以雷射測速儀作三維向穩態及非穩態速度分佈量測，以熱電偶作熱傳面溫度分佈量測。經由兩年研究探討，可瞭解紊流強度、渦流強度對背階式管道三維分離及再接觸流流流場及熱傳影響，相關物理基制，建立相關學術研究數據，並可提供業界參考。
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