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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:范盛然
研究生(外文):Shang-Jan Fan
論文名稱:低溫下鰭片結霜研究
論文名稱(外文):frost growth parameter in low temperature
指導教授:許文震許文震引用關係
指導教授(外文):Wen-Jenn Sheu
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:鰭片
相關次數:
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當濕空氣通過一個被冷卻的表面時(其溫度低於空氣的露點溫度),則水蒸氣便會在此表面漸漸凝結成水珠,而若此時表面的溫度低於水的結冰溫度(即水的固化溫度)時,凝結在表面的水珠便會接著漸漸的轉變成霜。霜的形成是一個複雜的暫態過程,熱傳和質傳在此過程中會同時進行。
當一熱力系統需在低溫的環境下操作時,霜的形成與霜的覆蓋便成為一個十分有趣且一直被大家討論的研究課題。而許多的工程應用中,我們都是不希望有結霜的情形發生的,因為霜會導致系統的效能降低甚至因為冰的膨脹造成系統硬體的直接損壞。以以循環系統為例,霜的形成將會造成熱阻增加,熱傳量減少,並會使流體的通道截面積與質量流率減小。另外,在飛機機翼表面的結霜也會直接影響飛行時的性能。所以控制結霜的過程對改善系統效能而言的便十分的重要。常見的除霜方法包括電熱器加熱、回收利用系統其他熱源加熱、暫停系統運作(利用室溫除霜)等方法,但這些方法皆會直接的降低系統的效能【1】,且破壞系統的平衡狀態,是系統無法保持再要求溫度及濕度下,另外,用以上的除霜方式,約有百分之八十的除霜熱會直接散逸到系統所處環境中,若是在像冷凍庫一樣的密閉空間裡,便會因為空間中的溫度上升,使壓力增大,所以如果在除霜後馬上開啟風扇,會使庫內壓力大於庫外壓力,易使庫門受損破裂。由於以上所述傳統除霜方法的缺失,所以便有許多人希望利用其他更簡單又更有效能的方法來達到除霜的目的,其中包括利用震動【2】、親水性塗佈【1】、高壓電極【3】等方法,這些都是目前仍在研究的課題。
高壓電極來除霜,或說利用EHD(Electrohyrodynamics)技術除霜,即是本計畫討論的主題,其方法是在電場與霜的結晶表面之間加一個電場,用以控制霜的形成。
本研究的目的在研究低溫環境下EHD技術對放大鰭片的結霜控制效果,而放大鰭片是為實驗與分析方便而將熱交換器中真正的的鰭片加以放大而成;換而言之,此研究的目的即在尋求利用EHD技術在低溫環境下對熱交換器除霜的可行性,並提供實際的實驗數據與現象供日後設計熱交換器除霜裝置作參考(例如:冷凍庫的蒸發器電極除霜裝置設計)。實驗將在不同的鰭片溫度、環境溫度、風速、電極使用時間、電極電壓大小與電極排列形狀下進行,瞭解各參數對鰭片熱傳量、散熱效率、結霜厚度與壓降的影響,並用以設計在各種情況下最佳化的EHD除霜裝置。
本文在第二章將先介紹各種幾何形狀的物體及熱交換器的結霜效應,並回顧EHD應用在氣體之熱傳增強上與除霜上的文章,包括電極對結霜過程的影響、EHD在各式形狀的結霜基板上的表現、各種不同EHD形狀所產生效能比較、不同的EHD所產生的壓降比較。在第三章中將說明應用在本實驗的熱傳與質傳計算方法,EHD的基本原理和EHD電場中結霜的各種變化,並簡介結霜過程中需考慮的各種影響參數與其機制。實驗設備與其操作過程和方法將在第四章說明,同時也將描述實驗中所設定的各種參數與條件,使讀著對於本實驗有一概括性的瞭解。實驗的結果討論與其圖表將放在第五章。最後,第六章將對本實驗作一總結與心得建議。
目錄:
符號說明
第一章、 緒論
第二章、 文獻回顧
第三章、 實驗原理
3.1 熱傳分析
3.1.1 對數平均溫差法(LMTD)
3.1.2 鰭片效率
3.1.3 熱傳係數分析
3.2 質傳分析
3.2.1 Ackermann較正參數
3.2.2 質傳係數與Lewis Number分析
3.3 EHD原理介紹
3.3.1 統御方程式
3.3.2 霜在電場下的變化
第四章、 實驗設備與方法
4.1 實驗設備
4.1.1 環控室
4.1.2 風洞測試系統
4.1.3 放大鰭片
4.1.4 電極除霜系統
4.1.5 乙二醇循環系統
4.1.6 量測儀器
4.1.7 監視錄影系統
4.1.8 數據擷取系統
4.2 實驗方法
第五章、 結果與討論
5-1 結霜鰭片的可視化研究
5-2 無EHD之風洞結霜實驗
5-3 加EHD之風洞結霜實驗
參考文獻
六、參考文獻
1. E. U. Okoroafor, M. Newborough, 2000, “Minimising frost growth on cold surfaces exposed to humid air means of crosslinked hydrophilic polymeric coatings, ”Applied Thermal Engineering , Vol. 20, pp. 737-758
2. X. M. Wu, Ralph L. Webb, 2001, “Investigation of the possibility of frost release from a cold surface, ”Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 24, pp. 151-156
3. M. Molki, M. M. Ohadi, M. Bloshteyn, 2000, “Frost Reduction Under Intermittent Electric Field, “ Proceedings of NHTC’00 34th National Heat Transfer Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, August 20-22
4. M. M. Ohadi, J. Darabi, B. Roget, 2000, “Eectrode Design, Fabrication, and Materials Science for EHD-Enchanced Heat and Mass Transport, “ Annual Review of Heat Transfer, Vol. 10.
5. Velkoff, H. r. , 1964, “The effects of ionization on the flow and heat transfer of a dense gas in a transverse electrical field, “ Proceedings of the Heat Transfer and Fluid Mechanics Institute, University of California, Berkeley, pp. 260-275
6. M. M. Ohadi, N. Sharaf, D. A. nelson, 1991, “Electrohydrodynamic Enhancement of Heat Transfer in a Shell and Tube Heat Exchanger, “ Experimental Heat Transfer, Vol. 4, Tpp. 19-39
7. V. J. Schaefer, 1953, “Project Cirrus, “ Final Report, General Electric Research Laboratory, Schenectady, New York, pp. 50
8. J. T. Bartlett, A. P. Van Den Heuval, B. J. Mason, 1963, “The Growth of Ice Crystals in an Electric Field, “ Zeitschrift Fur Angewandte Mathematik Und Physik, Vol. 14, pp. 599-610
9. J. Maybank,N. N. Barthakur, 1967, “Growth and Destruction of Ice Filaments in an Electric Field, “ Nature, Vol. 216, pp. 50-52
10. T. Munakata, A. Yabe, I. Tanasawa, 1993, “Effect of Electric Fields on Frosting Phenomenon, “ The 6th International Symposium on Transport Phonomena in Thermal Engineering, pp. 381-386
11. A. Yabe, Y. Mori, K. Hijikata, 1978, “EHD study of the Corona Wind between Wire and plate Electrode, “ AIAA Journal, Vol. 16, NO. 4, pp. 340-345
12. M. M. Ohadi, D. A. Nelson,s. Zia, 1991, “Heat Transfer Enchencement of Laminar and Turbulent Pipe Flow via Corona Discharge, “International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 34,No. 4/5, pp. 1175-1187
13. Y. Tade, A. Takimoto, Y. Hayashi, 1991, “Heat Transfer Enchancement in a Convective Field by Applying Ionic Wind, “ASME/JSME Thermal Engineering Proceedings, Vol.3, pp.9-14
14. K. G. Libbrecht, V. M. Tanusheva, 1999, “Cloud Chambers and Crystal Groeth: Effects of Electricslly Enchanced Diffusion on Dendrite Formation from Neutrsl Molecules, “ Physical Review E, Vol. 59, No. 3, pp. 3253-3261
15. Ahmet Z. Sahin, 2000, “Effective Thermal Conductivity of Frost During the Cristal Growth Period, “ International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, pp. 539-553
16. Y. X. Tao, R. W. Besant, Y. mao, 1993, “Characteristics of Frost Growth on a Flat Plate During The Early Growth Period, “ ASHRAE Transactions, Vol. 99, pp. 746-753
17. Yamakawa, N., Takahashi, N., and Ohtani, S., 1972, “Forced convection heat ad mass transfer under frost conditions”, Heat Transfer — Japanese Research, Vol. 1, No. 2, pp. 1-10.
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