45度斜角平行四邊形平滑壁面雙通道之流場與熱傳數值模擬

Numerical Simulation of Fluid Flow and Heat Transfer in Two-Pass Smooth-Wall Parallelogram Channels with 45-deg Inclined Angle

莊維釗

指導教授 ： 劉通敏 ； 張始偉

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2014年)

摘要

本數值研究模擬45°斜角平行四邊形平滑壁面雙通道之穩態流場與溫度場，流場型態包含層流場與紊流場。數值方法為有限體積法，對流項的空間離散採用二階上風法，擴散項的空間離散採用中央差分法，並且使用耦合求解器求解。
層流場模擬定雷諾數(Re=350)與定熱通量之條件，比較平行四邊形(AR=1/1)與方形雙通道之流場結構與熱傳性能之差異，結果顯示平行四邊形雙通道之定流量平均紐森數((Nu) ̅)較方形雙通道之(Nu) ̅高8.6%，而其范寧摩擦因子(f)較方形雙通道之f值低59%，故在定泵功率條件下，平行四邊形雙通道之熱性能係數(TPF)較方形雙通道之TPF高48%，證明平行四邊形雙通道較方形雙通道具有較佳之熱傳性能。另外，分析通道邊長比(AR)對平行四邊形雙通道的流場結構與熱傳性能之影響。研究分析通道之邊長比包含：1/1、1/2、1/4、2/1和4/1。研究結果顯示AR=1/1和AR=2/1能提供較佳之熱傳性能。
平行四邊形(AR=1/1)雙通道於Re=10000之紊流場模擬分析，分別使用k-ε、k-ω及SST三種不同紊流模式進行模擬。模擬結果與實驗數據驗證，探討不同紊流模式對模擬結果之影響。結果發現，三種紊流模式中以SST較接近實驗結果，而k-ε則與實驗數據相差甚大。

關鍵字

平行四邊形雙通道 ； 流場 ； 熱傳 ； 數值模擬

參考文獻

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