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系統識別號 U0002-2606200610244800
中文論文名稱 焙炒爐中熱流效應的研究
英文論文名稱 The Study of the Flow Effects within a Heating Furnace
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 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 吳俊德
研究生英文姓名 Jiun-De Wu
電子信箱 693342056@s93.tku.edu.tw
學號 693342056
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-15
論文頁數 76頁
口試委員 指導教授-顏政雄
委員-潘榕光
委員-葉豐輝
中文關鍵字 有限元素法  ANSYS  芝麻熱傳導係數  溫度場  流場  旋轉爐 
英文關鍵字 Finite Element  ANSYS  sesame thermal conductivity  temperature field  flow field  rotary kiln 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本文係探討焙炒爐中的熱流效應對於炒爐溫度場及流場分佈的影響,用ANSYS這套以有限元素法(Finite Element Method)為基礎的軟體加以分析。
本文內容主要分為:
1.以實驗探討芝麻含水率8%時和溫度與熱傳導係數的關係。
2.在紊流區域中,變動空氣流速對溫度場及流場造成的影響。
3.在同樣的空氣流速、相同的總加熱量下,變動前後段加熱量的
比例對溫度場及流場造成的影響。
經由實驗測量得出,當溫度在20℃∼62℃,相同體積相同質量下,芝麻含水率為8%時,芝麻的熱傳導係數
K=0.0344+0.00056T
經ANSYS分析其溫度場與流場的差異,在相同熱通量不同空氣流速時,若空氣流速越高則高低溫差亦隨之降低,但降低的幅度會越來越小。
在相同流速不同熱通量時,不論是對溫度場或對流場的影響,明顯不如變動流速對這兩者的影響來得大。
這顯示如果要降低焙炒爐內芝麻的溫差,變動空氣流速會有較佳的效果。
英文摘要 The air flow effects within a heating furnace are studied and analyzed in this thesis.
The content includes:
1. To measure the relationship between thermal conductivity and temperature while sesame moisture rate is maintained at 8% .
2. To study the various velocity effects in temperature fields and flow fields.
3. Under the same velocity and the total heat flux conditions, to study the effects in temperature field and flow field by changing the heat flux distribution.
When temperature rang is 20℃~62℃, and the sesame moisture rate is 8%, the thermal conductivity of sesame is measured as:
K=0.0344+0.00056T
The software ANSYS based on Finite Element Method is chosed to analyze the thermal and the flow effects within a heating furnace. It is shown that when heat flux is kept the same, the higher the velocity, the difference between maximum and minimum temperature within furnace is reduced.
While velocity of air is kept the same, the effects of heat flux distribution on the temperature and the flow fields are negligible. We conclude that the effects due to air velocity within the furnace are the most important.
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 VIII
符號定義對照表 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧與探討 1
1.2.1 焙炒爐內顆粒運動 1
1.2.2 焙炒爐內顆粒之填充率 3
1.2.3 焙炒爐內顆粒之進給率 5
1.2.4 焙炒爐中的熱傳模式 5
第二章 芝麻熱傳導係數測定 8
2.1 芝麻熱傳導係數 8
2.2 熱傳導係數測定器的熱傳原理 8
2.3 實驗設備 10
2.4 實驗步驟 15
2.5 實驗流程 15
2.6 實驗結果 17
第三章 焙炒爐內的流體分析 23
3.1 流體流動的基本定理 23
3.2 守恆定律 23
3.2.1 質量守恆定律 23
3.2.2 動量守恆定律 24
3.2.3 能量守恆定律 25
3.3 熱對流 27
第四章 數值分析 31
4.1 有限元素法 31
4.2 ANSYS分析步驟流程圖 34
4.3 ANSYS流程分析 35
4.3.1 選定分析類型(Preference) 35
4.3.2 前處理(Preprocessor) 35
4.3.3 求解(Solution) 41
4.3.4 後處理(Postprocessor) 42
第五章 熱流效應的分析 43
5.1 空氣流速對焙炒爐的影響 43
5.2 不同空氣流速的影響 43
5.2.1 不同空氣流速對溫度場的影響 43
5.2.2 不同空氣流速對流場的影響 49
5.3 不同熱通量的影響 51
5.3.1 不同熱通量對溫度場的影響 51
5.3.2 不同熱通量對流場的影響 55
第六章 結論與建議 57
6.1 實驗部分 57
6.2 不同流速對溫度場及流場的影響 57
6.4 不同熱通量對溫度場及流場的影響 58
6.5 建議 58
參考文獻 59
附錄A 62
附錄B 65
附錄C 68
附錄D 71
附錄E 74

圖目錄
圖1-1 :焙炒爐中不同轉速及填充率之顆粒運動模式 2
圖1-2 :顆粒分層模式圖 4
圖1-3 :顆粒運動速度圖 4
圖1-4 :旋轉式焙炒爐熱傳方式截面圖 6
圖2-1 :中心線熱源法示意圖 10
圖2-2 :電子天平 11
圖2-3 :恆溫循環水槽 12
圖2-4 :抽取式樣品容器 12
圖2-5 :熱傳導係數測定器 13
圖2-6 :濕度分析平衡儀 14
圖2-7 :實驗設備示意圖 15
圖2-8 :溫度與芝麻熱傳導係數關係圖 20
圖3-1 :熱對流的邊界層 27
圖4-1 :Fluid142 元素 35
圖4-2 :焙炒爐幾何模型 39
圖4-3 :形狀不佳之元素 40
圖4-4 :焙炒爐模型之側視圖 41
圖5-1 :爐壁沿軸向之溫度分佈,Vin=4.123 m/s 44
圖5-2 :爐壁沿軸向之溫度分佈,Vin=8.246 m/s 44
圖5-3 :爐壁沿軸向之溫度分佈,Vin=16.492 m/s 44
圖5-4 :焙炒爐出口溫度圖,Vin=4.123 m/s 45
圖5-5 :焙炒爐出口溫度圖,Vin=8.246 m/s 46
圖5-6 :焙炒爐出口溫度圖,Vin=16.492 m/s 46
圖5-7 :芝麻在不同流速之軸向平均溫度 48
圖5-8 :沿軸向之空氣流速變化,Vin=4.123 m/s 49
圖5-9 :沿軸向之空氣流速變化,Vin=8.246 m/s 49
圖5-10 :沿軸向之空氣流速變化,Vin=16.492 m/s 50
圖5-11 :焙炒爐底部溫度分佈,HF=2:1 51
圖5-12 :焙炒爐底部溫度分佈,HF=1:2 52
圖5-13 :焙炒爐底部溫度分佈,HF=3:2 52
圖5-14 :芝麻在不同熱通量之軸向平均溫度 54
圖5-15 :沿軸向之空氣流速變化,HF=2:1 55
圖5-16 :沿軸向之空氣流速變化,HF=1:2 55
圖5-17 :沿軸向之空氣流速變化,HF=3:2 56

表目錄
表1-1 :焙炒爐中不同參數之運動方式分類 3
表2-1 :芝麻熱傳導係數,芝麻含水率8% 18
表2-2 :芝麻熱傳導係數,原始芝麻(含水率約7%) 19
表2-3 :含水率8%之芝麻熱傳導係數計算值 22
表3-1 :空氣性質(1atm,350K) 29
表3-2 :不同雷諾數之空氣流速 29
表3-3 :在不同雷諾數時之納塞數及熱對流係數 30
表4-1 :空氣熱傳導係數 36
表4-2 :碳鋼熱傳導係數 37
表4-3 :空氣對流係數 38
表4-4 :焙炒爐幾何尺寸 38
表4-5 :邊界條件 41
表5-1 :不同空氣流速之芝麻軸向平均溫度,單位K 47
表5-2 :增加空氣流速後溫度變化率 47
表5-3 :不同入口空氣流速對流場的影響 50
表5-4 :不同熱通量之芝麻軸向平均溫度,單位K 53
表5-5 :不同熱通量之芝麻溫度變化率 53
表5-6 :不同熱通量對流場的影響 56
表A :不同軸向位置之節點溫度,Vin=4.123 m/s 62
表B :不同軸向位置之節點溫度,Vin=8.246 m/s 65
表C :不同軸向位置之節點溫度,Vin=16.492 m/s 68
表D :不同軸向位置之節點溫度,HF=1:2 71
表E :不同軸向位置之節點溫度,HF=3:2 74

參考文獻 參考文獻
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