臺灣博碩士論文加值系統

絕大部分的動力機械都以旋轉的方式達成動力的轉換，例如智慧
型即時四輪傳動車輛之旋轉葉片接合器，為了增長旋轉機件壽命，也
必須加強內部旋轉葉片之冷卻，高速旋轉時產生高科氏力及離心槽流
之質、熱傳現象常見於旋轉機械上，旋轉效應會增強流場之紊流性，
藉以提高熱傳量，不同轉速時，流場的流動方式有很大的差異性，此
類旋轉問題會引發不穩定之泰勒漩渦，此種熱不穩定現象將造成溫度
成波浪型分佈，影響旋轉葉片接合器整體之熱傳問題，甚至造成旋轉
葉片局部溫度過熱損壞，本研究主旨在探討以不同環狀擾流肋骨破壞
週期性泰勒漩渦之產生，並增加熱傳面積，為了真正能達到分析旋轉
槽流的熱傳現象，實驗條件需儘量與實際之旋轉葉片接合器運作參數
範圍相同，相關實驗將分析旋轉葉片接合器測試段的同軸旋轉圓柱體
內外轉子在不同轉速時之軸向、徑向局部熱傳分佈，紅外線量測設備
將被運用在旋轉葉片接合器和後差速器表面溫度之量測，達到瞭解四
輪傳動車輛之旋轉葉片接合器具環狀擾流肋骨之內部旋轉槽道內的熱
傳分佈，並將本研究結果尋求最佳經驗式，提供車輛業界在設計四輪
傳動車輛旋轉葉片接合器之重要參考。

Most of power machinery achieves the energy conversion by rotation.
Similarly, the cooling rotary blade coupling for real time all wheel drive
vehicle should be also improved to prolong the machine life. In high
rotation speed machine, the centrifugal force and Coriolis force will affect
the mass and heat transfer in the rotating machine. Rotating effect will
enforce the turbulence of the flow channel in the flow field. This instability
Taylor vortices will dominate the flow pattern and heat transfer. The wavy
temperature distribution will damage the rotary blades. This project is to
analyze the local heat transfer of the viscous coupling unit. To simulate the
operation conditions in a rotary blade coupling, one must keep related
parameters approximately the same values as those in a real one. To
understand further the local heat transfer characteristic on the rotor side,
stator side and sidewalls for rotating channels with the real working
parameters, the axial and radial temperature distribution was measured in
the viscous coupling unit. The mechanism of the influence of Taylor
vortices were detailed by examining local thermal characteristics. A
full-plane thermal imager measured the overall temperature distributions
on the viscous coupling unit and the rear differential. One of the main
goals of this study was to summarize the experimental results with various
circumferential ribbed turbulators to enhance heat transfer. Empirical
correlations for local heat transfer in the considered ranges of real
parameters are proposed. The correlations are useful for designing a
viscous coupling unit in a 4WD vehicle.

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
符號說明 VIII
第一章 前言 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究目的 4
1-3 文獻回顧 6
第二章 本研究之相關理論分析 13
第三章 研究方法及實驗設備 18
3-1 研究方法 18
3-2 實驗設備 19
3-3 實驗測試段 20
3-4 實驗程序 21
3-5 實驗參數之不準確度分析 22
第四章 平滑壁黏液耦合器之實驗結果 27
4-1 軸向及徑向位置之局部溫度分佈 27
4-2 在徑向位置 φ = 00， 900 與 1800之暫態溫升效應 30
4-3 局部溫度分佈經驗式之建立 31
4-4 黏液耦合器表面的溫度分佈 32
第五章 具環狀擾流肋骨黏液耦合器之實驗結果 46
5-1 擾流肋骨表面對局部溫度分佈之影響 46
IV
5-2 具AR=2.5 的擾流肋骨之黏液耦合器暫態溫升分佈 48
5-3 黏液耦合器局部溫度分佈之經驗式建立 48
5-4 紅外線表面溫度分度之量測 49
第六章 結論 59
5-1 平滑壁黏液耦合器之實驗 59
5-2 具擾流肋骨黏液耦合器之實驗 60
參考文獻 62
V
表 目 錄
表一：實際四輪傳動車輛和實驗設備相關參數之比較 23
表二：軸向位置之旋轉雷諾數與溫度分佈經驗公式之係數值 41
表三：徑向位置之旋轉雷諾數與溫度分佈經驗公式之係數值 43
表四：具不同環狀擾流肋骨之測試段在軸向位置X/D = 7.9 之旋
轉雷諾數與溫度分佈經驗公式的係數 57
VI
圖 目 錄
圖一：四輪傳動車輛底盤系統圖 10
圖二：四輪傳動車輛－傳動軸驅動黏液耦合器(VCU)之前視照片 11
圖三：黏液耦合器內部視圖 12
圖四：黏液耦合器外部視圖 12
圖五：黏液耦合器內部泰勒漩渦之流動分佈 17
圖六：黏液耦合器實驗設備圖 24
圖七：平滑壁黏液耦合器測試段局部測溫點位置圖 25
圖八：具環狀擾流肋骨壁黏液耦合器測試段局部測溫點位置圖 26
圖九：平滑壁黏液耦合器內部構造示意圖 35
圖十：軸向位置在10 分鐘和40 分鐘時之溫升倍率分佈圖 36
圖十一：徑向位置在10 分鐘和40 分鐘十之溫升倍率分佈圖 37
圖十二：黏液耦合器中心位置在φ = 0o , 90o與180o 的暫態溫升 38
圖十三：ReΩ =17.10與ReΩ = 25.65在黏液耦合器上方與下方區
域的暫態溫度分佈 39
圖十四：在X/D=5.0 與12.1 位置所測定各溫度分佈與不同旋轉
雷諾數的關係 40
圖十五：在徑向φ = 0o ， φ = 90o 與φ = 180o 位置時，旋轉雷諾數
與溫升倍率之關係分佈圖 42
圖十六：在ReΩ = 8.55時黏液耦合器及後差速器表面溫度分佈圖 44
VII
圖十七：在ReΩ = 17.10 時黏液耦合器及後差速器表面溫度分佈圖 45
圖十八：具環狀擾流肋骨之黏液耦合器內部機制 51
圖十九：具環狀擾流肋骨之黏液耦合器軸向上方區域之溫度分佈 52
圖二十：具環狀擾流肋骨之黏液耦合器軸下方區域之溫度分佈 53
圖二十一：具環狀擾流肋骨之黏液耦合器徑向位置之溫度分佈 54
圖二十二：具AR=2.5 之環狀擾流肋骨測試段之溫升分佈 55
圖二十三：在軸向X/D=7.9 位置之三種不同寬高比測試段之溫
度分佈 56
圖二十四：黏液耦合器在ReΩ = 34.20 的表面溫度分佈 58
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刪除: along
刪除: T
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VIII
符 號 說 明
AR 寬高比
D 內外圓柱體之間隙， mm
Pr 普蘭陀數
ReΩ 旋轉雷諾數
Re 雷諾數
Ro 旋轉數
ri 內圓柱體半徑， mm
ro 外圓柱體半徑， mm
Ta 泰勒數
Ts 環境溫度， oC
TW 壁溫， oC
X 卡式座標
希臘符號
φ 徑向角度
ρ 流體密度， kg m3
υ 流體運動黏滯係數， m2 s
θ 溫度倍率
Ω 旋轉速度， rpm
IX
上標符號
( ) 平均值
下標符號
o 外部
i 內部

參考文獻
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