跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(216.73.216.134) 您好!臺灣時間:2025/12/21 13:08
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:黃彥欽
研究生(外文):Yen-Chin Haung
論文名稱:高效率微型渦輪機之瑞士卷復熱器熱性能設計與模型分析
論文名稱(外文):Thermal Design and Model Analysis of the Swiss-roll Recuperator for High Efficency Microturbines
指導教授:石心怡
指導教授(外文):Hsin-Yi Shih
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:復熱器微型渦輪機熱交換器設計
外文關鍵詞:RecuperatorMicroturbineHeat exchanger design
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:507
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
以微型渦輪引擎為載具的先進微電力或微動力系統,除微小化以外,也要求其具有高效率以節省能源,來因應石化能源逐漸短缺的窘境,因此採用廢熱回收之復熱式循環系統就成為高效率微型渦輪引擎之基礎系統,其中影響系統效率最關鍵的因素,就是復熱器的效能與流體通過復熱器之壓力損失等性能表現,因此高性能、低壓損、體積小、製程簡單的復熱器設計,就成為研究發展之重點。本研究是針對創新設計且具有專利之瑞士卷復熱器,以理論公式推導與數值模擬來進行其熱性能設計與分析。
瑞士卷復熱器基本上為表面型之逆向流渦旋平板熱交換器,是由兩片平板互相捲繞而成,產生了兩個方形截面之同心流道,理論上具有高效能、低壓損之優越性,本研究建立其性能設計工程方法,包括性能評估與尺寸估算方法,並分析其性能特徵,探討瑞士卷復熱器之圈數與流道寬度對性能與壓損的影響,以及質量流率、冷、熱流體比熱、熱傳單元等參數在設計上所扮演之角色;最後透過數值模擬計算進行熱流分析,以驗證各設計參數對瑞士卷復熱器性能的影響,探究流道內之流體現象與熱傳控制等機制,對復熱器性能改善與微型渦輪引擎性能提升將有莫大助益。
For the advanced micro-power systems based on the use of microturbine, the major considerations are the compact size as well as the higher efficiency for the purpose of energy-saving. An exhaust heat recovery recuperated system then becomes mandatory in order to achieve higher efficiency. The paramount requirements for recuperator are high effectiveness and low pressure loss. The thermal designs are studied intensively with a Swiss-roll type heat exchanger that has the characteristics of high effectiveness, low pressure loss, compact size and adaptability to simple production method. In this thesis, the study is aimed at the thermal design and the model computations of the proposed Swiss-roll reucperator for future higher efficiency microturbines. The Swiss-roll recuperator is basically the primary-surface type. It is composed of two flat plates that are wrapped around each other, creating two concentric channels of highly rectangular cross-section. Theoretically, it has the advantages of high effectiveness and low pressure loss. Here, the thermal design methods including rating and sizing are made for the Swiss-roll recuperator. The thermal characteristics are then analyzed, describing the effects of number of turns and channel size on the effectiveness and pressure loss . The roles of the mass flow rate, the specific heat of the flow, and the number of transfer unit are also investigated. Finally, the results from model computations are used to support the detailed design, and to understand the physics for the fluid and thermal science of the system. The theoretical studies and model analysis for the Swiss-roll recuperator are helpful for the improvement of the recuperators and microturbins.
指導教授推薦書 iii
口試委員審定書 iii
授權書 iii
誌謝 iv
中文摘要 v
英文摘要 vi
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xv
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 5
1.3研究目標 12
第二章 瑞士卷復熱器初始設計方法 13
2.1 UA-LMTD-F法 14
2.2 ε-NTU法 17
2.3 壓損計算 20
2.4 幾何尺寸與效能之關係 21
2-5 幾何尺寸與壓損之關係 23
第三章 瑞士卷復熱器數值模型建立 25
3.1 模型參數設計 26
3.2 建構計算網格 26
3.3 物理性質設定 32
3.4 邊界條件設定 33
3.5 計算與後置處理 36
第四章 結果分析與討論 39
4.1 二維數值模型與初始設計方法之比較 39
4.1.1 不同熱、冷流道寬度比值 40
4.1.2 同效能下之不同圈數 44
4.1.3 不同效能下之最低圈數 48
4.2 二維數值模型參數變化 50
4.2.1 二維模型之不同圈數 52
4.2.2 二維模型之不同冷流道寬度 54
4.2.3 二維模型之不同質量流率 56
4.2.4 二維模型之不同平板厚度 58
4.2.5 二維模型之不同平板材料 60
4.3 三維數值模型 62
4.4 三維數值模型參數變化 68
4.4.1 三維模型之不同圈數 68
4.4.2 三維模型之不同冷流道寬度 70
4.4.3 三維模型之不同質量流率 71
4.4.4 三維模型之不同平板厚度 73
4.4.5 三維模型之不同平板材料 75
4.5 隔板式與棋盤式三維數值模型 77
4.6 綜合比較與分析 85
4.6.1 數值模型之定性分析 85
4.6.2 數值模型之定量分析 87
4.6.3 運用定性與定量分析之範例 92
第五章 結論 95
參考文獻 97
【1】Rogers, C., Turbochargers to Small Gas Turbine, ASME Paper 1997-GT-200.
【2】McDonald, C. F., Recuperator Consideration for Future Higher Efficiency Microturbines, Applied Thermal Enginnering, 23, pp1463-1487, 2003.
【3】中華民國 “新型氣渦輪引擎” 196915(2003).
【4】United States Patent “Gas Turbine Engine” US 6711889 B2, (2004).
【5】Martine, H., Heat Exchanger, Hemisphere Publishing Co., London, 1992.
【6】Bes, T., Thermal Design of Spiral Heat Exchanger, International Journal of Heat Exchangers, Vol. II, pp59-96, 2001.
【7】McDonald, C. F., Thermal Engineering 1730 Castellana Road, La Jolla, CA 92037, USA Received 3 December 2002; accepted 20 March 2003.
【8】Little, A. D., Opportunities for Micropower and Fuel Cell/Gas Turbine Hybrid Systems in Industrial Applications, DOE report, Subcontract No. 85X-TA009V, 2000.
【9】Roger, C., 25-5kW Microturbine Design Aspects, ASEM Paper 2000-GT-0626.
【10】Nakajima, T., et al ., The Development of the Micro Gas Turbine Generator, International Gas Turbine Conference, Pacifico Yokohama, Oct. 23-27, 1995.
【11】Lagerstrom G., Xie M., High Performance & Cost Effective Recuperator for Micro-gas Turbines, Proceedings of ASME Turbo Expo 2002, Amsterdam, The Netherlands.
【12】Wilson D. G., Regenerative Heat Exchangers for Microturbines, and an Improved Type, Proceedings of ASME Turbo Expo 2003, Atlanta, USA.
【13】Curzio E. L., Maziasz P. J., Pint B. A., Test Facility for Screening and Evaluating Candidate Materials for Advanced Microturbine Recuperators, Proceedings of ASME Turbo Expo 2002, Amsterdam, The Netherlands.
【14】McDonald C. F., Low-cost Compact Primary Surface Recuperator Concept for Microturbines, Applied Thermal Engineering, 20, pp471-497, 2000.
【15】Kesseli S., Wolf T., Nash J., Freedman S., Micro, Industrial and Advanced Gas Turbines Employing Recuperators, Proceedings of ASME Turbo Expo 2003, Atlanta, USA.
【16】Utriainen E., Sundèn B., A Comparison of Some Heat Transfer Surfaces for Small Gas Turbine Recuperators, Proceedings of ASME Turbo Expo 2001, New Orleans, USA.
【17】Lloyd, S. A. and Weinberg, F. J., Nature 251, pp47-49, 1974.
【18】Sitzki, L., et al., Combustion and Power Generation in Microscale Excess Enthaloy Burners, Joint Meeting of the U.S. section of the Combustion Institute, Oakland, 2001.
【19】Sitzki, L., et al., Gas-Phase and Catalytic Combustion in Heat-Recirculating Burners, Proceedings of the Combustion Institute, 30 II, pp. 2463-2472, 2005.
【20】Shin, H. Y., Wang, D., Hwang, Kuo, C.R., Feasibility Study of an Innovative Micro Gas Turbine with a Swiss-roll Recuperator, Proceedings of ASME Turbo Expo 2006, GT2006-91120.

【21】Frank P. Incropera, David P., DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 2002.
【22】Trom, L., Use Spiral Plate Exchanger for Various Application, Hydrocarbon Processing, May, pp73-76, 1995.
【23】Martine, H., Heat Exchangers, Hemisphere Publishing Co., London , 1992.
【24】Moody, L. F., Trans. ASME, 66, 671, 1944.
【25】Petukhov, B. S., Advances in Heat Transfer, Vol, 6, Academic Press, 1970.
【26】B. G. Kyle, Chemical and Process Thermodynamics, Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1984.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 吳玉山,2000年7月。〈台灣總統大選對於兩岸關係產生的影響:選票極大化模式與戰略三角途徑〉,《遠景季刊》,第1卷第3期,頁1-33。
2. 吳玉山,1998年9月。〈三黨大陸政策的趨同:選民偏好的常態分配與選票極大化策略〉,《理論與政策》,第12卷第3期,頁5-22。
3. 邵宗海,2004年9月。〈美國對海峽兩岸政策之分析〉,《當代中國研究》,第11卷第3期,頁104-118。
4. 邵宗海,2004年1月。〈從兩岸關係的變遷探討兩岸關係的定位(下)〉,《遠景基金會季刊》,第5卷第1期,頁95-123。
5. 邵宗海,2003年10月。〈從兩岸關係的變遷探討兩岸關係的定位(上)〉,《遠景基金會季刊》,第4卷第4期,頁1-36。
6. 邵宗海,2002年9-10月。〈WTO可否提供兩岸談判僵局突破的溝通管道〉,《中國大陸研究》,第45卷第5期,頁57-71。
7. 邵宗海,1999年6月。〈兩岸談判中「一個中國原則」之探討〉,《國立政治大學學報》,第78期,頁505-531。
8. 邵宗海,1999年4月。〈兩岸政治談判的可能性〉,《中共研究》,第33卷第4期,頁84-97。
9. 邵宗海,1998年4月。〈兩岸重塑事務協商與初探政治談判(下)〉,《中共研究》,第32卷第4期,頁86-98。
10. 邵宗海,1998年3月。〈兩岸重塑事務協商與初探政治談判(上)〉,《中共研究》,第32卷第3期,頁88-103。
11. 邵宗海,1993年2月。〈「一個中國」政策的發展評估〉,《中山社會科學期刊》,第2卷第1期,頁53-75。
12. 何輝慶,2002年6月。〈不對稱結構下的兩岸談判〉,《國家發展研究》,第1卷第2期,頁103-134。
13. 李銘義,2005年1月。〈兩岸結束敵對狀態及解決模式可行性研析〉,《展望與探索》,第3卷第1期,頁23-40。
14. 李銘義,2001年10月。〈兩岸政治對話之美國因素〉,《中國事務》,第6期,頁92-120。
15. 宋國誠,1994年2月。〈一九九三年中共對台政策與兩岸關係的評估〉,《中國大陸研究》,第37卷第2期,頁46-56。