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系統識別號 U0002-0309201312543200
中文論文名稱 四氧化三鐵奈米流體應用於迴路式虹吸熱管之熱性能
英文論文名稱 Thermal Performance of a Loop Thermosyphon with Fe3O4 based Nanofluid
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 吳子揚
研究生英文姓名 Tzu-Yang Wu
學號 601370025
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-15
論文頁數 48頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-楊錫航
委員-陳育堂
中文關鍵字 迴路式虹吸熱管  奈米流體  啟動 
英文關鍵字 Loop thermosyphon  Nanofluid  Start-up 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究為了分析不同工作流體的迴路式虹吸熱管啟動熱性能,使用了純水與四氧化三鐵奈米流體作為工作流體,其充填率為20%,初始壓力為41.7 Torr,奈米流體濃度分別為0.1 wt%和1.0 wt%;冷卻水溫度為25℃,流量為0.18 L/min;加熱端輸入功率分別為15 W、25 W、50 W、100 W、150 W。實驗中量測其汽相流道溫度分佈,以分析虹吸熱管於啟動時之熱特性,並藉由汽相流道溫度與加熱表面溫度之溫差計算熱阻性能表現。
初步實驗結果指出,在15 W低功率加熱時,濃度0.1 wt%奈米流體的啟動時間與純水的啟動時間相比減少約1200秒(20分鐘)。啟動時奈米流體與純水的表面溫度分別為31.9℃、53.0℃;而使用濃度1.0 wt%則增加起動時間約1500秒(25分鐘),啟動時的表面溫度亦提升至68.3℃明顯高於純水之表面溫度。而熱阻值在25 W時0.1 wt%為最低,超過50 W後1.0 wt%熱阻值為最低。
英文摘要 An experimental study is carried out to analyze the thermal performance of start-up of loop thermosyphon. The loop thermosyphon is filled with pure water and Fe3O4 based nanofluid with filling ratio of 20%, and the initial pressure is 41.7 Torr. The concentrations of nanofluid are 0.1 wt% and 1.0 wt%. The cooling water temperature is 25℃ with flow rate of 0.18 L/min, and the input power is 15W, 25W, 50W, 100W and 150W respectively. The thermal resistance is calculated by the temperature difference between vapor channel and heating surface.
The preliminary experimental results show that the start-up time of 0.1 wt% nanofluid is less than that of pure water approximate 1200 seconds (20 minutes). The surface temperature of nanofluid and pure water at start-up is 31.9℃ and 53.0℃ respectively. However, adding 1.0 wt% nanofluid will increase the start-up time approximate 1500 seconds (25 minutes) and rise the surface temperature to 68.3℃ which is higher than that of pure water. The thermal resistance of 0.1 wt% nanofluid is lowest when input power is 25 W, and the thermal resistance of 1.0 wt% nanofluid is lowest when input power is over 50 W.
論文目次 目錄
誌謝 I
中文摘要 III
英文摘要 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XI
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 奈米流體應用於虹吸熱管 2
1-2-2 迴路式熱管的啟動機制 7
1-3 研究目的 9
第二章 理論基礎 10
2-1 沸騰理論簡介 10
2-1-1 沸騰基本模式 10
2-1-2 成核理論 11
2-1-3 池核沸騰的相關參數影響 13
2-2 虹吸熱管簡介 14
2-2-1 虹吸熱管形式 14
2-2-2 迴路式虹吸熱管之優點 17
2-3 奈米流體簡介 17
2-3-1 奈米顆粒之製備 18
2-3-2 奈米流體之製備 19
第三章 實驗設備與流程 20
3-1 迴路式虹吸熱管結構 20
3-2 實驗參數與測試項目 21
3-3 實驗流程 22
3-3-1 實驗裝置架設 23
3-3-2 清潔加熱底板 24
3-3-3 清潔內部管路 24
3-3-4 配製奈米流體 25
3-3-5 充填工作流體 26
3-3-6 校正熱電偶線 29
3-3-7 配置熱電偶線 30
3-3-8 實驗測試 30
第四章 實驗結果與討論 32
4-1 實驗溫度分佈 32
4-2 啟動特徵 36
4-3 啟動熱特性分析 38
4-3-1 啟動時間 38
4-3-2 表面溫度 39
4-4 蒸發端熱阻分析 40
第五章 總結與建議 44
5-1 總結 44
5-2 未來建議 44
參考文獻 46


圖目錄
圖1 1迴路式虹吸熱管完成圖 2
圖1 2 銀奈米流體的整體效能提升比較(平板結構) 3
圖1 3銀奈米流體的整體效能提升比較(燒結結構) 3
圖1 4在45°傾斜角的不同濃度下熱傳導率分布圖 4
圖1 5在90°傾斜角的不同濃度下熱傳導率分布圖 4
圖1 6質量濃度對熱傳遞係數增強的影響 5
圖1 7壓力對熱傳遞係數增強的影響 5
圖1 8工作流體的接觸角圖 6
圖1 9功能化奈米流體的質量濃度對熱傳遞係數的影響 7
圖1 10工作流體最大熱通量的實驗和預測的比較圖 7
圖1 11微型迴路式熱管在10 W下的啟動 8
圖1 12微型迴路式熱管在50 W下的啟動 8
圖1 13各種迴路式熱管與迴路式虹吸熱管在傾斜角0°的熱阻 9
圖2 1基本沸騰模式 10
圖2 2過熱表面的成核過程 11
圖2 3池沸騰區域加熱表面的蒸汽結構 12
圖2 4各種不同的強化沸騰熱表面 13
圖2 5單管式虹吸熱管示意圖 15
圖2 6平行迴路式虹吸熱管 16
圖2 7迴路式虹吸熱管 16
圖2 8常見奈米粉製作方法 18
圖3 1迴路式虹吸熱管構建示意圖 20
圖3 2迴路式虹吸熱管完成圖 21
圖3 3實驗流程圖 22
圖3 4實驗架構圖 23
圖3 5充填時設備架設示意圖 27
圖3 6真空抽氣機 27
圖3 7真空壓力量測裝置 28
圖3 8微量電子秤 28
圖3 9熱電偶線配置圖 30
圖4 1虹吸熱管充填純水於各加熱功率下之溫度圖 33
圖4 2充填純水於各加熱功率下之啟動溫度圖 33
圖4 3虹吸熱管充填0.1 wt%奈米流體於各加熱功率下之溫度圖 34
圖4 4充填0.1 wt%奈米流體於各加熱功率下之啟動溫度圖 34
圖4 5虹吸熱管充填1.0 wt%奈米流體於各加熱功率下之溫度圖 35
圖4 6充填1.0 wt%奈米流體於各加熱功率下之啟動溫度圖 35
圖4 7純水於15W時之表面溫度與汽相流道溫度 37
圖4 8純水於15 W時之汽相流道穩定溫度圖 38
圖4 9各充填工作流體於15 W輸入功率下,汽相流道T5之溫度 39
圖4 10工作流體於啟動點時之表面溫度 40
圖4 11虹吸熱管充填純水之熱阻 42
圖4 12虹吸熱管充填0.1 wt%奈米流體之熱阻 42
圖4 13虹吸熱管充填1.0 wt%奈米流體之熱阻 43


表目錄
表1 不同工作流體的啟動表面溫度與啟動時間 40
表2 工作流體於不同輸入功率下之平均熱阻值 43
參考文獻 參考文獻
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