具潛熱/顯熱冷?頂板毫米矩形熱沉內奈米流體共軛對流熱傳遞特性之數值模擬

Abstract

本研究以數值方法模擬三維矩形流道熱沉系統，流道內分別通以純水與氧化鋁奈米流體。主要分成兩部分探討在不同情況下熱沉內共軛對流冷卻特性，第一部分考慮純水和氧化鋁奈米流體於流場中因為受到溫度梯度的影響，探討有/無熱浮力效應對熱傳地特性的影響；第二部分則在上頂壁加一等溫邊界條件，並在上頂板加入相變化膠囊(MEPCM)，探討系統在穩態的情況下，相變化為膠囊層潛熱吸收對於整體散熱效果的影響。流道內三維速度場以擬渦度-速度法(Pseudo-Vorticity-Velocity)建構，並以有限體積法離散數學。單一流道的尺寸為:寬1 01mm、高2 02mm、加熱段長50 0mm、鰭片厚度1 01mm、加熱底板厚度2 02mm與上?厚度4 54mm。數值模擬探討之相關參數與範圍:氧化鋁奈米流體的重量百分濃度分別為5%和10%(體積百分濃度1 4%和2 8%)；流道入口溫度 ；單一流道入口流量為30-180 ?"cm" ?^"3" /min (?Re?_bf=500-2000)；加熱底板的熱通量為25 9 34 0 and 41 9 W/?"cm" ?^"3" 。 本研究所得數值模擬結果顯示:在無熱浮力效應時，ω_np=10%的氧化鋁奈米流體在雷諾數2000的情況下，最大壁溫的降幅可達到7 62%；ω_np=10%氧化鋁奈米流體的熱阻相較於純水減少8%。考慮熱浮力效應時，模擬結果發現低雷諾數有較大的理查森數，故熱浮力效應較明顯，在相同雷諾數的條件下，純水較奈米流體的熱浮力應明顯，隨著奈米流體濃度增加熱浮力效應減弱，純水在有/無熱浮力效應的熱傳係數相差5%。當頂板加入相變化為膠囊時，純水相較氧化鋁奈米流體在有/無相變化膠囊層對流體平均溫度影響較大。在低雷諾數下，純水在具相變化微膠囊層條件下可以有效降低流體溫度，純水在雷諾數500的條件下流道出口有1 的溫差。

Date of Award	2017 Aug 23
Original language	Chinese
Supervisor	Ching-Jenq Ho (Supervisor)