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研究生:黃合平
論文名稱:有限體積法在具阻礙物矩形流道之流場與溫度場分析
論文名稱(外文):Flow Field and Temperature Field Analysis with Finite Volume Method in the Rectangular Duct with Baffles
指導教授:莊福盛
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:有限體積法具阻礙物等溫邊界
外文關鍵詞:Finite Volume MethodBaffleisothermal
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摘要
本論文主要是將具有阻礙物之矩形流道入口區域 (entrance region) 流體的發展 (developing) 情形,利用數值的方法來計算,在此流體限定在層流 (laminar) 的情況之下,配合等溫 (isothermal) 的邊界條件,及不同阻礙物高與矩形高之比 (F/H) ,求出速度與溫度分佈,由速度和溫度圖來探討對熱傳效果的影響。
本論文主要是針對 Prandtl number 為0.71的流體來計算,並且以空氣的性質為代表。嘗試將雷諾數 (Reynolds number) 定為800、1200及1600等三種,阻礙物高與矩形高之比 (F/H) 定為1/3、1/2、2/3等三種,結果可以發現在矩形流道速度與溫度的分佈,受到矩形區域阻礙物高度的不同而有不同的影響。
Abstract
The purpose of this study is to use the numerical method to investigate the developing situation of fluid in a rectangular duct with baffles in the entrance region. The flow is laminar and with isothermal boundary. The influences of various ratios of obstacle’s height and rectangle’s height (F/H) on the velocity and temperature
distributions are studied.
The fluid calculated is focused on Prandtl number being equal to 0.71 and having characteristics of air. The related Reynolds number is 800,1200,1600,the ratio of F/H is 1/3,1/2,2/3. We found that the velocity and temperature distributions in the rectangle flow path are greatly influenced by the height of obstacle in that region.
目錄
中文摘要 ..........................i
英文摘要 .......................... ii
誌謝 ........................... iii
目錄 ........................... iv
圖索引 .......................... vii
表索引 ........................... x
符號索引 .......................... xi
第一章 緒論 ………………………………………………………………1
1.1 前言…………………………………………………………1
1.2 文獻回顧 …………………………………………………2
1.2.1 數值方法文獻回顧 ………………………………………2
1.2.2 矩形流道文獻回顧 ………………………………………4
1.3 研究目的…………………………………………………….5
第二章 理論分析 …………………………………………………………7
2.1 物理模式 ……………………………………………………7
2.2 基本假設 ……………………………………………………8
2.3 統御方程式 (governing equation) ………………….9
2.4 邊界條件 …………………………………………………10
2.5 壓力修正方法 ……………………………………………11
第三章 數值分析 …………………………………………………………14
3.1 數值方法 …………………………………………………14
3.2 有限體積法的格點配置 …………………………………14
3.3 定義控制體積 ……………………………………………15
3.4 有限體積法的離散統御方程式 …………………………16
3.4.1 連續方程式 ……………………………………………16
3.4.2 動量方程式 ……………………………………………17
3.4.3 能量方程式 ……………………………………………20
3.5 差分方程式 ………………………………………………22
3.6 SIMPLE數值演算法則 ……………………………………24
3.7 收斂條件 …………………………………………………28
第四章 結果與討論 ………………………………………………………29
4.1 前置分析 …………………………………………………29
4.2 速度場分析 ………………………………………………30
4.3 溫度場分析 ………………………………………………32
第五章 結論與展望 ………………………………………………………35
5.1 結論 ………………………………………………………35
5.2 未來的研究與展望 ………………………………………36
參考文獻 …………………………………………………………………71
圖索引
圖2.1 具阻礙物之矩形流道幾何模型 ……………………….38
圖3.1 交錯式網格示意圖 ……………………………………. 39
圖3.2 方向動量方程式計算模式 …………………………… 40
圖3.3 方向動量方程式計算模式 ……………………………41
圖3.4 方向動量方程式二維離散網格節點示意圖 ………… 42
圖3.5 方向動量方程式二維離散網格節點示意圖 …………43
圖3.6 能量方程式或連續方程式二維離散網格節點示意圖 44
圖3.7 程式流程圖 ……………………………………………. 45
圖4.1 平板流道在 位置的速度剖面圖 ……………… 46
圖4.2 平板流道在 位置的速度剖面圖 ……………… 47
圖4.3 平板流道在 位置的速度剖面圖 ………………48
圖4.4 平板流道在 位置的速度剖面圖 ……………… 49
圖4.5 平板流道在 位置的速度剖面圖 ……………… 50
圖4.6 平板流道在 位置的速度剖面圖 ………………51
圖4.7 阻礙物高與矩形高比為1/3,雷諾數為800
之速度流線圖 ……………………………………………52
圖4.8 阻礙物高與矩形高比為1/3,雷諾數為1200
之速度流線圖 ……………………………………………53
圖4.9 阻礙物高與矩形高比為1/3,雷諾數為1600
之速度流線圖 ……………………………………………54
圖4.10 阻礙物高與矩形高比為1/2,雷諾數為800
之速度流線圖 ……………………………………………55
圖4.11 阻礙物高與矩形高比為1/2,雷諾數為1200
之速度流線圖 ……………………………………………56
圖4.12 阻礙物高與矩形高比為1/2,雷諾數為1600
之速度流線圖 ……………………………………………57
圖4.13 阻礙物高與矩形高比為2/3,雷諾數為800
之速度流線圖 ……………………………………………58
圖4.14 阻礙物高與矩形高比為2/3,雷諾數為1200
之速度流線圖 ……………………………………………59
圖4.15 阻礙物高與矩形高比為2/3,雷諾數為1600
之速度流線圖 ……………………………………………60
圖4.16 阻礙物高與矩形高比為1/3,雷諾數為800,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………61
圖4.17 阻礙物高與矩形高比為1/3,雷諾數為1200,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………62
圖4.18 阻礙物高與矩形高比為1/3,雷諾數為1600,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………63
圖4.19 阻礙物高與矩形高比為1/2,雷諾數為800,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………64
圖4.20 阻礙物高與矩形高比為1/2,雷諾數為1200,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………65
圖4.21 阻礙物高與矩形高比為1/2,雷諾數為1600,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………66
圖4.22 阻礙物高與矩形高比為2/3,雷諾數為800,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………67
圖4.23 阻礙物高與矩形高比為2/3,雷諾數為1200,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………68
圖4.24 阻礙物高與矩形高比為2/3,雷諾數為1600,
配合等溫邊界之等溫線分佈圖 …………………………69
表索引
表4.1 各種格點數之 比較表 ………………………… 70
表4.2 各種格點數之 比較表 …………………………….70
參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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