淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-2506201413392300
中文論文名稱 數值模擬低瓦特虹吸熱管之影響因子的熱傳特性探討
英文論文名稱 Numerical Simulation of The Heat Transfer Characteristics of Low-Watts Thermosyphon Influence Factors
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 黃信衡
研究生英文姓名 Hsin-Heng Huang
學號 601430472
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2014-06-09
論文頁數 60頁
口試委員 指導教授-李世鳴
委員-陳慶祥
委員-歐陽寬
中文關鍵字 熱管  Thermosyphon  田口法  真空度  填充率  展弦比  傾斜角  沸騰熱傳 
英文關鍵字 Heat pipe  Thermosyphon  Taguchi method  Vacuum degree  Fill ratio  Aspect ratio  Inclined angle  Boiling heat transfer 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本研究以數值模擬分析低瓦特虹吸熱管在不同影響因子;即真空度、填充率、展弦比與傾斜角於自然對流狀態下對於熱傳特性的影響。考慮於連續方程式及能量方程式中藉由添加質量與能量源項來模擬汽液兩相變化,數值求解方法中壓力-速度耦合使用 SIMPLE 算則求解,其離散選項中壓力項採取物體力加權(Body force weighted),動量與體積比率則採用 QUICK 離散格式,能量方程對流項採用一階上風算則。數值模擬計算結果與實驗資料比較分析顯示本研究所採用之數值離散方法確實對於虹吸熱管物理機制及傳熱性能分析具有適用性,並利用田口方法分析發現真空度與填充率對熱阻值有較大的影響,而在真空度35 torr、填充率90%、展弦比9.8、傾斜角45度時會得到最佳的熱阻。
英文摘要 This study used numerical simulation to analyze the influence of different factors, e.g. vacuum degree, fill ratio, aspect ratio and inclined angle, on the heat transfer characteristics of low-watt thermosyphon in natural convection. The mass and energy source terms were added in the continuity and energy equation to simulate the exchanges between vapor and liquid phases. The comparison analysis of computed result and experiment data showed that the numerical model used in this study is appropriate to the analysis of physical mechanism and heat transfer property of thermosyphon. And We find that the vacuum degree and the fill ratio has a greater impact on the thermal resistance when we use the Taguchi method. The best thermal resistance when the vacuum degree was 35 torr and the fill ratio was 90% and the aspect ratio was 9.8 and the inclined angle was 45 degree.
論文目次 目錄III
圖目錄VI
表目錄VIII
符號索引IX
第一章 緒論1
1.1 前言 1
1.2 熱管的研究背景與發展1
1.3 虹吸熱管5
1.4 虹吸熱管類型6
1.5 文獻回顧8
1.6 研究動機13
第二章 數學及物理模型15
2.1 模擬模型15
2.2 二相流模式概述15
2.3 基本假設和統御方程式18
2.3.1 基本假設19
2.3.2 統御方程式19
2.4 初始條件與邊界條件21
2.5 最佳填充率21
2.6 熱阻定義22
2.7 田口法22
2.7.1 直交表23
2.7.2 變異數分析24
第三章 數值方法26
3.1 概述26
3.2 有限體積法( Finite Volume Method )26
3.3 離散法則27
3.4 離散項數值求解方法29
3.5 數值模擬設定29
3.6 數值模擬流程30
第四章 結果與討論33
4.1 數值驗證33
4.2 網格獨立測試34
4.3 虹吸熱管影響因子分析34
4.3.1 不同真空度比較35
4.3.2 不同填充率比較35
4.3.3 不同展弦比比較36
4.3.4 不同傾斜角比較36
4.4 田口分析36
第五章 結論與未來展望50
5.1 結論50
5.2 未來研究方向50
參考文獻52
附錄A 投稿論文54

圖目錄
圖1–1 傳統熱管4
圖1–2 平板熱管4
圖1–3 環路熱管4
圖1–4 熱柱5
圖1–5 虹吸熱管示意圖6
圖1–6 單管式虹吸熱管示意圖7
圖1–7 迴路式虹吸熱管示意圖8
圖1–8 虹吸熱管蒸發端長度比示意圖9
圖1–9 虹吸熱管蒸發冷凝時程圖10
圖1–10 虹吸熱管溫度分布圖11
圖1–11 虹吸熱管路堤計算模型圖12
圖1–12 虹吸熱管溫度分布圖13
圖3–1 有限體積法二維控制體積示意圖27
圖3–2 SIMPLE算則流程圖31
圖3–3 數值模擬流程圖32
圖4–1 M. Karthikeyan[15]實驗模型38
圖4–2 近邊加密網格示意圖38
圖4–3 液汽相變化示意圖39
圖4–4 30秒虹吸熱管底部蒸發現象39
圖4–5 30秒虹吸熱管頂部蒸汽40
圖4–6 30秒虹吸熱管壁面冷凝現象40
圖4–7 30秒虹吸熱管底部液體41
圖4–8 60秒虹吸熱管頂部蒸汽41
圖4–9 60秒虹吸熱管底部液體42
圖4–10 實驗與模擬比較圖42
圖4–11 網格數31360網格分佈43
圖4–12 網格數62720網格分佈43
圖4–13 網格數87220網格分佈44
圖4–14 不同網格數壁面溫度比較圖44
圖4–15 不同真空度比較圖45
圖4–16 不同填充率比較圖45
圖4–17 不同展弦比比較圖46
圖4–18 不同傾斜角比較圖46
圖4–19 因子回應圖47

表目錄
表1 1 去離子水與奈米流體熱通量比較表12
表2 1 模型尺寸15
表2 2 L9(34)直交表23
表3 1 變量參數表28
表4 1 模擬數據47
表4 2 不同傾角模擬數據48
表4 3 L9(34)直交表模擬結果49
表4 4 變異數分析表49
表4 5 因子各水準的平均值49
參考文獻 [1] R.S. Gaugler, “Heat Transfer Devices”, U.S. Patent 2, 350,348, 1944.
[2] G.M., “Grover,Evaporation-Condensation Heat Transfer Device” ,U.S.Patent 3,229,759, 1964.
[3] 黃俊賢, “迴路式虹吸熱管之研製與可視化觀察” ,淡江大學機械與機電工程學系碩士班碩士論文,2010
[4] E Schmidt, in : Proc. Instn. Mech. Engrs., Conf. ASME, London, pp. 361-363, 1951.
[5] H. Imura, K. Sasaguchi, H. Kozai, S. Humata, “Critical heat flux in a closed two-phase thermosypon”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.26(8), pp. 1181-1188, 1983.
[6] S.H. Noie, “Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphon”, Journal of Applied Thermal Engineering, Vol.25, pp. 495-506, 2005.
[7] A. Alizadehdakhel, M. Rahimi, A. A. Alsairafi, “CFD modeling of flow and heat transfer in a thermosyphon”, International Communications in Heat and Mass Transfer,Vol.37, Issue 3, pp. 312-318, 2010.
[8] M. Zhang, Y. Lai, J. Zhang, Z. Sun, “Numerical study on cooling characteristics of two-phase closed thermosyphon embankment in permafrost regions”, Cold Regions Science and Technology, Vol. 65, Issue 2, pp. 203-210, 2011.
[9] L. Asmaie, M. Haghshenasfard,A. Mehrabani-Zeinabad, M. N. Esfahany, “Thermal performance analysis of nanofluids in a thermosyphon heat pipe using CFD modeling”, Heat and Mass Transfer, Vol. 49, Issue 5, pp. 667-678, 2013.
[10] K. Kafeel, A. Turan, “Axi-symmetric simulation of a two phase vertical thermosyphon using Eulerian two-fluid methodology”, Heat and Mass Transfer, Vol. 49, Issue 8, pp. 1089-1099, 2013.
[11] W. H. Lee, R. W. Lyczkowski, “The basic character of five two-phase flow model equation sets”, International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol.33, Issue 8, pp1075-1098, 2000.
[12] ANSYS FLUENT, User Guide (Release 14.0),2011.
[13] B. Fadhl, Luiz C. Wrobel, H. Jouhara, “Numerical modelling of the temperature distribution in a two-phase closed thermosyphon”, Applied Thermal Engineering ,Vol. 60, Issue 1-2, pp. 122-131, 2013.
[14] 李輝煌著,田口方法:品質設計的原理與實務,高立圖書有限公司出版, 2000。
[15] 李人宪,有限體積法基礎,北京國防工業出版社, 2005。
[16] M. Karthikeyan, S. Vaidyanathan, B. Sivaraman, “Thermal Performance of a two phase closed Thermosyphon Using Aqueous Solution”, International Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 2,Issue 5,pp. 913-918, 2010.
[17] P. Terdtoon, M. Shiraishi, and M. Murakami, “Investigation of effect of inclination angle on heat transfer characteristics of closed two phase thermosyphon,” Proceedings of the 7th International Heat Pipe Conference, Heat Pipe Technology Volume I : Fundamentals and Experimental Studies, Begell House Inc., New York, pp. 517 – 524, 1990.
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2014-06-26公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2014-06-26起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信