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系統識別號 U0002-2307201014022500
中文論文名稱 非對稱固定壁溫度於迴流型二行程平板式熱交換器之研究
英文論文名稱 An Analytical Study of Recycle Effects on Double-Pass Parallel-Plate Heat Exchangers under Asymmetric Wall Temperatures
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 陳俋搢
研究生英文姓名 Yi-Chin Chen
學號 696400117
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-06
論文頁數 129頁
口試委員 指導教授-何啟東
委員-蔡少偉
委員-葉和明
委員-何啟東
中文關鍵字 共軛格拉茲問題  非對稱壁溫度  平板式熱交換器 
英文關鍵字 Conjugated Graetz problem  External recycle  Orthogonal expansion techniques  Parallel-plate heat exchangers  Asymmetric Wall Temperatures 
學科別分類
中文摘要 本研究是探討一個具迴流之非對稱固定壁溫度二行程平板式熱交換器,改變其上下板溫度比例、格拉茲數與隔板位置以獲得最有效率之熱傳效果。本研究乃是於平板中平行加裝一可忽略厚度熱阻之隔板並加入迴流裝置,此熱傳系統是屬於共軛格拉茲問題,利用分離變數法(separation of variables)、層疊定理(superposition method)和正交展開法(orthogonal expansion technique),求其溫度分佈及納塞數,並探討上下板溫度比例、格拉茲數與隔板位置對二行程平板型熱交換器熱傳效率之影響。
結果顯示,本系統上下板溫度比例、中間隔板位置與格拉茲數改變時,皆會對熱傳效率及平均納塞數產生影響。熱傳效率主要是受到預混效應與滯留時間這兩種效應相互影響,因不同的隔板位置,格拉茲數與迴流比之大小,皆會影響流體在通道內的滯留時間,並且非對稱系統中上板溫度較高,以上操作條件之迴流方式與上通道滯留時間對熱傳效率有相當的影響,將結果與單行程熱交換系統作比較,藉此找出非對稱固定壁溫度二行程平板式熱交換器之最佳操作設計。
英文摘要 The study on the new device of double-pass parallel-plate heat exchangers under asymmetric wall temperatures which adjusting the ratio of top and bottom wall temperatures has been developed theoretically, the recycle effect is also the important issue. The analytical solutions to the resultant mathematical formulations for such conjugated Graetz problems were achieved by using the separation of variables, superposition principle and an orthogonal expansion technique in extended power series. The results of heat transfer efficiency are represented graphically and compared with those in single-pass devices of the same working dimension. Analytical predictions show that adjusting the ratio of top and bottom wall temperatures, recycle effect and residence-time can affect the heat transfer efficiency in designing double-pass parallel-plate heat exchangers under asymmetric wall temperatures.
論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 XI
符號說明 XIII

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 迴流效應對系統之影響 2
1.3 研究動機與目的 4

第二章 文獻回顧 5
2.1 文獻回顧 5
2.2 格拉茲問題 7

第三章 基本理論 10
3.1 齊性解 18
3.1.1 二行程無迴流模型 18
3.1.2 管末端出口迴流模型 21
3.1.3 出口迴流至管末端模型 24
3.1.4 管末端迴流至入口模型 27
3.1.5 出口迴流至入口模型 30
3.2 完全解 33
3.2.1 二行程無迴流模型 35
3.2.2 管末端出口迴流模型 36
3.2.3 出口迴流至管末端模型 37
3.2.4 管末端迴流至入口模型 38
3.2.5 出口迴流至入口模型 40
3.3 平均納塞數及熱傳導效率 42
3.4 能量消耗增加率 44
3.4.1 二行程無迴流形式 45
3.4.2 管末端出口形式 45
3.4.3 出口迴流至末端形式 45
3.4.4 管末端迴流至入口形式 46
3.4.5 出口迴流至入口形式 46

第四章 結果與討論 47
4.1 二行程無迴流模型之結果討論 47
4.2 管末端出口迴流模型之結果討論 55
4.3 出口迴流至管末端模型之結果討論 64
4.4 管末端迴流至入口模型之結果討論 74
4.5 出口迴流至入口模型之結果討論 84
4.6 能源消耗增加率 94
4.7 數值例(Case study) 96
4.8 級數解收斂項數 102

第五章 結論與建議 105
5.1 二行程無迴流模型 105
5.2 管末端出口迴流模型 105
5.3 出口迴流至管末端模型 106
5.4 管末端迴流至入口模型 107
5.5 出口迴流至入口模型 107
5.6 五種模型之比較 108
5.7 未來的研究方向 110

參考文獻 111

附錄(一) 116
附錄(二) 118
附錄(三) 121
附錄(四) 125

圖目錄
圖(3.1.1) 無迴流之二行程熱交換系統 20
圖(3.1.2) 管末端出口迴流之二行程熱交換系統 23
圖(3.1.3) 出口迴流至管末端模型之二行程熱交換系統 26
圖(3.1.4) 管末端迴流至入口之二行程熱交換系統 29
圖(3.1.5) 出口迴流至入口之二行程熱交換系統 32
圖(4.1.1) 二行程無迴流模型,溫度比例 時,格拉茲數 與出口無因次溫度於中間隔板位置不同之關係。 50
圖(4.1.2) 二行程無迴流模型,格拉茲數 與出口無因次溫度於 與 及中間隔板位置不同之關係。 51
圖(4.1.3) 二行程無迴流模型,格拉茲數 與平均納塞數於 與 及中間隔板位置不同之關係。 52
圖(4.1.4) 二行程無迴流模型,格拉茲數 與熱量傳送效率 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 53
圖(4.1.5) 二行程無迴流模型,格拉茲數 與 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 54
圖(4.2.1) 管末端出口迴流模型,固定迴流比與 時,格拉茲數 與出口無因次溫度於中間隔板位置不同之關係。 57
圖(4.2.2) 管末端出口迴流模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與出口無因次溫度於 與 及中間隔板位置不同之關係。 58
圖(4.2.3) 管末端出口迴流模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與入口無因次溫度於 與 及中間隔板位置不同之關係。 59
圖(4.2.4) 管末端出口迴流模型,在 以固定迴流比下,格拉茲數 與平均納塞數於中間隔板位置不同之關係。 60
圖(4.2.5) 管末端出口迴流模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與平均納塞數於中間隔板位置不同比較 與 之關係。 61
圖(4.2.6) 管末端出口迴流模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與熱量傳送效率 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 62
圖(4.2.7) 管末端出口迴流模型,固定迴流比下,格拉茲數 與 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 63
圖(4.3.1) 出口迴流至管末端模型,在 以迴流比為參數,格拉茲數 與出口無因次溫度於中間隔板位置不同之關係。 67
圖(4.3.2) 出口迴流至管末端模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與出口無因次溫度於 與 及中間隔板位置不同之關係。 68
圖(4.3.3) 出口迴流至管末端模型,在 以迴流比為參數,比較格拉茲數 與平均納塞數於中間隔板位置不同之關係。 69
圖(4.3.4) 出口迴流至管末端模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與平均納塞數於中間隔板位置不同比較 與 之關係。 70
圖(4.3.5) 出口迴流至管末端模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與熱量傳送效率 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 71
圖(4.3.6) 出口迴流至管末端模型,於 及中間隔板位置 處,以迴流比作為參數,格拉茲數 與熱量傳送效率 之關係。 72
圖(4.3.7) 出口迴流至管末端模型,固定迴流比下,格拉茲數 與 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 73
圖(4.4.1) 管末端迴流至入口模型,在 以迴流比為參數,格拉茲數 與出口無因次溫度於中間隔板位置不同之關係。 77
圖(4.4.2) 管末端迴流至入口模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與出口無因次溫度於 與 及中間隔板位置不同之關係。 78
圖(4.4.3) 管末端迴流至入口模型,在 以迴流比為參數,比較格拉茲數 與平均納塞數於中間隔板位置不同之關係。 79
圖(4.4.4) 管末端迴流至入口模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與平均納塞數於中間隔板位置不同比較 與 之關係。 80
圖(4.4.5) 管末端迴流至入口模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與熱量傳送效率 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 81
圖(4.4.6) 管末端迴流至入口模型,於 及中間隔板位置 處,以迴流比作為參數,格拉茲數 與熱量傳送效率 之關係。 82
圖(4.4.7) 管末端迴流至入口模型,固定迴流比下,格拉茲數 與 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 83
圖(4.5.1) 出口迴流至入口模型,在 以迴流比作為參數,格拉茲數 與出口無因次溫度於中間隔板位置不同之關係。 86
圖(4.5.2) 出口迴流至入口模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與出口無因次溫度於 與 及中間隔板位置不同之關係。 87
圖(4.5.3) 出口迴流至入口模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與入口平均無因次溫度於 與 及中間隔板位置不同之關係。 88
圖(4.5.4) 出口迴流至入口模型,在 以迴流比作為參數,比較格拉茲數 與平均納塞數於中間隔板位置不同之關係。 89
圖(4.5.5) 出口迴流至入口模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與平均納塞數於中間隔板位置不同比較 與 之關係。 90
圖(4.5.6) 出口迴流至入口模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與熱量傳送效率 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 91
圖(4.5.7) 出口迴流至入口模型,在 ,中間隔板位置在 處,格拉茲數 與熱量傳送效率 之關係。 92
圖(4.5.8) 出口迴流至入口模型,在固定迴流比下,格拉茲數 與 於 與 及中間隔板位置不同之關係。 93

表目錄
表(4.6.1) 二行程無迴流模型以中間隔板為參數之能源消耗增加率。 94
表(4.6.2) 管末端出口迴流模型以中間隔板為參數之能源消耗增加率。 94
表(4.6.3) 出口迴流至管末端模型以中間隔板為參數之能源消耗增加率。 95
表(4.6.4) 管末端迴流至入口模型以中間隔板為參數之能源消耗增加率。 95
表(4.6.5) 出口迴流至入口模型以中間隔板為參數之能源消耗增加率。 95
表(4.7.1) 二行程無迴流模型Case 1之結果 97
表(4.7.2) 二行程無迴流模型Case 2之結果 97
表(4.7.3) 管末端迴流出口模型Case 1之結果 98
表(4.7.4) 管末端迴流出口模型Case 2之結果 98
表(4.7.5) 出口迴流至管末端模型Case 1之結果 99
表(4.7.6) 出口迴流至管末端模型Case 2之結果 99
表(4.7.7) 管末端迴流至入口模型Case 1之結果 100
表(4.7.8) 管末端迴流至入口模型Case 2之結果 100
表(4.7.9) 出口迴流至入口模型Case 1之結果 101
表(4.7.10) 出口迴流至入口模型Case 2之結果 101
表(4.8.1) 二行程無迴流模型,級數解收斂情形,於 、 。 102
表(4.8.2) 管末端出口迴流模型,級數解收斂情形,於 、 及 。 103
表(4.8.3) 出口迴流至管末端模型,級數解收斂情形,於 、 及 。 103
表(4.8.4) 管末端迴流至入口模型,級數解收斂情形,於 、 及 。 104
表(4.8.5) 出口迴流至入口模型,級數解收斂情形,於 、 及 。 104

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