具不同高度階梯之密閉盒的熱質自然對流現象

Natural Convection Heat and Mass Transfer in an Enclosure with Steps of Different Height

林君翰(Chung-Han Ling)

指導教授 ： 王立文

元智大學/工程學院/機械工程學系/碩士(2005年)

摘要

本研究主要乃藉實驗方法來探討幾何形狀一左、右邊界為階梯形狀的封閉盒，其由溫度梯度與濃度梯度所引起的熱質自然對流現象。左、右邊界之上下方由銅板所組成而階梯則為絕緣、絕熱之壓克力板。而實驗區域，利用其幾何形狀與邊界條件的設計，使得在實驗中可以觀察到背向階梯(backward-facing steps)與前向階梯(forward-facing steps)兩種情況下，改變階梯高度與對相關無因次參數來探討封閉區域內流場結構影響。
實驗工作流體為硫酸銅水溶液( CuS04 + H2SO4+ H2O )。溫度梯度由兩個不同溫度的恆溫水槽維持，濃度梯度則由電化學系統來建立，於銅板加上端電壓，使其成為電極造成濃度梯度。
對於封閉盒內流場現象，乃是採用雷射光暗影(shadowgraphy)來觀察流場，並以相機拍照紀錄以利分析。為了瞭解流場結構，對流場的溫度及濃度分佈亦做量測。最後，對於質傳遞率Sh值與Grm、Grt之關係也做量測與分析。
本實驗中無因次參數研究範圍如下：
Pr=7~8 ,Sc=1700~2500 ,s*=0.25、0.75、1 ,Grt=5.6×105~1.12×106 , Grm=5.99×106 , =3.61~7.22

關鍵字

階梯，自然對流

並列摘要

本研究主要乃藉實驗方法來探討幾何形狀一左、右邊界為階梯形狀的封閉盒，其由溫度梯度與濃度梯度所引起的熱質自然對流現象。左、右邊界之上下方由銅板所組成而階梯則為絕緣、絕熱之壓克力板。而實驗區域，利用其幾何形狀與邊界條件的設計，使得在實驗中可以觀察到背向階梯(backward-facing steps)與前向階梯(forward-facing steps)兩種情況下，改變階梯高度與對相關無因次參數來探討封閉區域內流場結構影響。
實驗工作流體為硫酸銅水溶液( CuS04 + H2SO4+ H2O )。溫度梯度由兩個不同溫度的恆溫水槽維持，濃度梯度則由電化學系統來建立，於銅板加上端電壓，使其成為電極造成濃度梯度。
對於封閉盒內流場現象，乃是採用雷射光暗影(shadowgraphy)來觀察流場，並以相機拍照紀錄以利分析。為了瞭解流場結構，對流場的溫度及濃度分佈亦做量測。最後，對於質傳遞率Sh值與Grm、Grt之關係也做量測與分析。
本實驗中無因次參數研究範圍如下：
Pr=7~8 ,Sc=1700~2500 ,s*=0.25、0.75、1 ,Grt=5.6×105~1.12×106 , Grm=5.99×106 , =3.61~7.22

並列關鍵字

Step, Natural Convection