內置同心圓管於外壁加熱圓管及調控奈米相變化乳液/水同流量之對流熱傳遞增益研究

Abstract

本文針對等熱通量圓管內水層流強制對流熱傳逸系統，藉內置入一較小管徑同心圓管構成內管/外環雙流道結構之替代對流熱傳逸模型，採實驗量測與數值模擬互補方式，探討利用固-液相變化奈米乳液取代流經外環流道之水為熱傳遞流體，及在固定雙管流道總流量條件下，調控內管/外環流道內工作流體流量比，所致相關對流熱傳遞特性及增益。本文所建構強制對流熱傳遞實驗迴路中所用同心圓雙流管為銅管，外管長度1250mm，內外徑為9 1mm與10mm內管長度2060mm，內外徑為5 35mm與6mm；在測試段外管壁面加熱段部分纏繞鎳鉻電阻線以達等熱通量的加熱條件。本文強制對流熱傳遞實驗所設定相關條件為：內/外管內工作流體進口溫度設為33℃，相變化奈米乳液的質量分率為2%、5%、10%，控制總流量為304 83cm^3/min、465 98cm^3/min，外管壁面加熱段加熱?率為70W、110W、130W、150W，調控內/外管流量比為0 33、0 51、0 7、1 0、1 63、2 0、2 8、4 0等。實驗結果顯示在適合的內/外管流量比及加熱?率下，外環流道以相變化奈米乳液取代水可有效降低加熱管壁溫度，並提升以同心圓雙流道以取代單圓管所致強制對流熱傳遞增益；相較於純水，其最大局部熱傳遞增益及平均熱傳遞增益可達36%，惟在同加熱壁熱點壓抑效益則僅有4%。此外，本文藉對應於實驗量測條件之數值模擬分析，進一步探討外環流道工作流體為奈米乳液時，其內含相變化微粒融解情形及內管對流熱傳遞特徵。此外，相較於與相對應原之純水單管對流模型之數值模擬結果，發現在相同總流量、加熱?率下，同心雙圓管對流結構的局部及平均熱傳遞增益可分別達75%及73%，且加熱段管壁溫壓抑之增益達14 94%。

Date of Award	2018 Aug 29
Original language	Chinese
Supervisor	Ching-Jenq Ho (Supervisor)