博碩士論文 87323037 詳細資訊




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姓名 周漢源( Han-Yuan Zhao)  查詢紙本館藏   畢業系所 機械工程學系
論文名稱 數值模擬不同幾何型態的噴流特性
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摘要(中) 理參數(如雷諾數、普朗特數… … .等)的影響,從不同幾何形狀的
噴嘴中噴入一渠道中,探討其對衝擊面上的熱傳影響。首先藉著模擬
狹縫形噴嘴噴流噴入一頂部恆溫,四周絕熱且有對稱特性的渠道內,
來探討雷諾數(Re)、普朗特數(Pr)、噴嘴到衝擊面距離(H*)與不
同形態的入口速度剖面… … .等物理參數與幾何形狀上的差異,與文
獻做比較與討論,來了解噴流的流線結構與熱傳特性等性質。
接著模擬圓管形噴嘴噴流在一軸對稱且頂部恆溫,四周絕熱的渠
道中,與狹縫形噴嘴噴流比較彼此間的熱傳特性差異,其中圓管形噴
流適合於小區域的取熱,而狹縫形噴嘴噴流適合於大面積的取熱。除
此之外,圓管形噴嘴噴流的模擬還針對在有或無限制面渠道內,流體
在不同雷諾數與高度(H*)下,流線與熱傳表現,當低雷諾數(Re£600)
時限制面對熱傳所形成的影響極微;6001200 時又因
次滯留循環區強度弱而兩者間熱傳表現無異。對於因均一形入口速度
剖面帶來的剪應力所造成局部奈塞爾數(Nu)最大值偏移現象,探
討其與高度(H*)間的關係,高度越大時則Nu 最大值會向內漸漸移
動。另外因HEM長晶法中,衝擊面直徑尺寸對長晶溫度梯度形成有
重要影響,故對此我們模擬衝擊面直徑對熱傳的影響,當衝擊面直徑
(Di)越小時,所得平均奈塞爾數越佳。
最後進入研究主體,在圓管形噴嘴噴流中討論水渠道的加入,形
成一新型的熱交換器系統,藉著水來幫助氣體取熱,減少氣體的耗
費。針對此系統模擬討論在不同氣體流速與水流速的關係下,對取熱
II
方式產生的改善,以得到控制HEM 長晶時所需之溫度生長梯度。水
的加入對取熱有一定的改善,只是水增加對增加取熱量的效果不是很
明顯,因此適當的增加噴氣量會得到更佳的取熱效果。
論文目次 摘要.................................................................................................... I
致謝..................................................................................................III
符號說明........................................................................................ IV
目錄................................................................................................. VI
圖表目錄........................................................................................ IX
第一章 緒論..................................................................................1
1-1 前言.......................................................................................1
1-2 文獻回顧...............................................................................1
1-3 研究目的...............................................................................3
第二章 狹縫形噴嘴噴流的特性(直角座標系)..................5
2-1 物理模式...............................................................................5
2-2 統御方程式與邊界條件.........................................................5
2-2.1 統御方程式.................................................................................5
2-2.2 邊界條件......................................................................................6
2-3 無因次化後的統御方程式與邊界條件..................................7
2-3.1 無因次量......................................................................................7
2-3.2 無因次化統御方程式與邊界條件..........................................8
2-4 研究方法.............................................................................10
2-4.1 FIDAP 簡介....................................................................................... 10
2-4.1.1 元素型式的設定............................................................................10
2-4.1.2 FIDAP 的前處理與後處理............................................................. 11
2-4.1.3 FIDAP 可以處理的問題.................................................................12
VII
2-4.1.4 FIDAP 解題方式與討論.................................................................12
2-4.2 解題步驟........................................................................................... 15
2-4.3 計算奈塞爾常數.............................................................................. 17
2-5 結果與討論.........................................................................18
2-5.1 程式結果驗證................................................................................... 19
2-5.2 流場與熱流場討論.......................................................................... 21
2-5.3 均一形速度剖面噴流平均奈塞爾數的討論............................... 24
第三章 圓管形噴嘴噴流的特性
(圓柱座標系,未加水冷卻)… … … … … … … … … .26
3-1 物理模式.............................................................................26
3-2 統御方程式與邊界條件.......................................................26
3-2.1 統御方程式....................................................................................... 26
3-2.2 邊界條件........................................................................................... 27
3-3 無因次化後統御方程式與邊界條件....................................29
3-3.1 無因次量........................................................................................... 29
3-3.2 無因次化統御方程式與邊界條件................................................ 29
3-4 計算奈塞爾常數..................................................................31
3-5 結果與討論.........................................................................32
3-5.1 圓管形噴嘴噴流與狹縫形噴嘴噴流的比較............................... 33
3-5.2 程式結果驗證................................................................................... 33
3-5.3 流場與熱流場討論.......................................................................... 34
3-5.4 限制面與噴嘴高度影響................................................................. 36
3-5.5 均一速度剖面噴流最大局部奈塞爾數偏移現象...................... 37
3-5.6 衝擊面直徑(Di)的影響............................................................. 38
第四章 加水冷卻的圓管形噴嘴噴流特性探討....................39
4-1 物理模式.............................................................................39
4-2 統御方程式與邊界條件.......................................................39
4-2.1 統御方程式....................................................................................... 39
4-2.2 邊界條件........................................................................................... 40
4-3 無因次化後統御方程式與邊界條件....................................43
4-3.1 無因次量........................................................................................... 43
VIII
4-3.2 無因次化統御方程式與邊界條件................................................ 43
4-4 結果與討論.........................................................................47
4-4.1 純吹氣與通水比較.......................................................................... 47
4-4.2 氣體不變而水流增加情況............................................................. 48
4-4.3 氣體增加而水流不變情況............................................................. 48
4-4.4 高度的影響....................................................................................... 49
4-4.5 純吹氣與通水彼此間Nuav 的關係................................................49
第五章 結論................................................................................50
參考文獻......................................................................................107
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指導教授 陳志臣(Jyh-Chen Chen) 審核日期 2001-7-17
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