管道截面寬高比與壁面魚鱗凹穴對具肋條渦輪機葉片內冷卻流道熱流場特性影響之研究

本文研究為高旋轉速下具45度交錯肋條矩形通道沿壁面中心線熱傳量測，其寬高比(AR)分別為1，2和4。雷諾數(Re)為5000~10000，旋轉速(Ro)為0~2，旋轉浮力(Bu)為0.0083~8.879。本實驗主在探討不同寬高比在高旋轉數下對熱傳的影響。當寬高比(AR)從1增加到4時，不管在迎風面以及背風面其Nu/Nu0值會隨著AR增加變為減少，此趨勢跟之前文相同獻結果相同，但在高旋轉下（Ro＞1），矩形通道(AR=2) 之Nu/Nu0值會大於正方形通（AR＝1) ;此一趨勢有別於前人文獻於低旋轉數(Ro<0.2)之研究。再者經由實驗發現在高旋轉數下，旋轉浮力對熱傳增益影響在AR＝1之正方形管道為增加效益，但在AR=2 和4之矩形通道旋轉浮力對熱傳增益影響則為降低熱傳效益，此一趨勢未見先前文獻報導。此熱傳數據結果對將來渦輪機葉片設計者有相當幫助。另一研究為雷射都卜勒測速技術（LDV）量測兩對立壁面具攻角11度、凹穴深與測試段高度比值0.1、凹穴節距與高度比10以及凹穴直徑與節距比1之魚鱗(Scales)凹穴陣列矩形冷卻流道內流場結構。冷卻流道為水力直徑18mm、寬高比8：1之矩形狹窄管道，旨在模擬渦輪葉片葉形尾端內冷卻流道。實驗之工作流體為空氣，以水力直徑與流道截面平均速度為特徵長度與速度之雷諾數（Re）固定為10000。量測結果以軸向平均速度分佈圖、橫向平均速度圖、紊流強度及紊流動能來詮釋所探討之流場特性，並且用流場結果來合理解釋與前人熱傳量測結果之相關性。本研究也用CFD計算（fluent數值方法）來跟實驗比對，其結果發現數值與實驗之趨勢相當一致，也因此更加確定本實驗的正確性。另一種流場為CFD數值模擬且Re為10000與1250以及AR近似1.5之單一魚鱗凹穴與單一半球形流場結構，由結果發現可用流場來合理的解釋熱傳增益現象，本研究另外發現單一半球形流場結構其影響範圍較單一魚鱗凹穴廣，因此可合理的解釋先前文獻單一魚鱗凹穴與單一半球形兩種不同排列疏密方式。而本文最後研究為具45度肋條加裝魚鱗魚鱗凹穴陣列之靜止（Ro=0）流場，其Re為10000、AR比為1，從結果得知一樣可以用流場結果來合理解釋熱傳增益現象。

關鍵字

熱

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heat

參考文獻

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