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研究生:王崇岳
研究生(外文):Chung-Yueh Wang
論文名稱:奈米流體於背向階梯流道內混合對流熱傳研究
論文名稱(外文):Study on Mixed Convection Heat Transfer for Nanofluids Over Backward-Facing Step Channels
指導教授:許燦輝
指導教授(外文):Tsan-Hui Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:機械與精密工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:奈米流體背向階梯混合對流
外文關鍵詞:NanofluidsBackward-facing stepMixed convection
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本文利用Fluent套裝軟體,配合吾人針對本文邊界條件及特殊熱物性關係式撰寫之研究。以數值模擬方法探討運用奈米流體流經不同幾何外型背向階梯流道內混合對流熱傳影響。當等溫流體從流道進口端進入,經過背向階梯,流經足夠的流道長度之後,出口時已成為完成發展流,流道上游部分和階梯部分均假定為絕熱面,進口溫度和牆上壁溫度維持一致,設上壁為冷壁面,下壁為加熱面。本文主要控制的數值模擬參數為改變階梯高度及粒子體積濃度變化、不同參數對整個流道流場及熱傳之影響。目的在找出最佳熱傳效能之背向階梯流道。
數值模擬結果顯示,在不同上階梯高度時,以奈米流體取代純水,相較於純水,奈米流體的熱傳導性能隨著粒子體積濃度增加而增強,有效降低流道壁面溫度,造成更多熱量傳導至流體,並加強熱對流效應。同時發現溫度升高,能量變大,造成密度的改變而產生浮力,因而形成熱對流,且溫度越大,對流越旺盛,流動性相對變好。
This paper deals with the study of backward-facing step channel with various boundary conditions and special thermal relationship in physics by utilizing fluent software package. The numerical simulations explore the influence of nanofluid of different ingredient and volumetric concentration on mixed convention heat transfer in the channel. The ambient fluid enters from the inlet of the channel, through backward-facing step, passing appropriate length of the channel, and then becomes fully developed flow as it exits the channel. The walls of the portion in front of the step as well as the step are kept adiabatic. The top wall downstream the step is fixed at lower temperature, while the bottom wall of downstream the step is maintained at higher temperature. The numerical simulation parameters mainly controlled in this article include the length of steps, the variation of the particle volume fraction and the material parameters such as Gr and Re. The purpose is to compare the efficiency of the heat transfer in the system considered.

According to the result of the numerical simulation, comparing to pure water, nanofluids significantly enhance the heat transfer rate, especially with higher volumetric concentration of particle, thus reduce the channel wall temperature. At the same time, the increase of temperature and energy of the fluid decreases the fluid density, therefore increasing the buoyancy, and enhances the heat convection in the channel.
中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號說明 xii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1-3 文獻回顧 5
1-4 論文架構 9
第二章 理論分析 10
2-1 物理模型 10
2-2 基本假設 11
2-3 統御方程式 11
2-4 參數修正 12
2-5 系統邊界狀況: 13
2-6 無因次化分析 14
2-7 邊界條件: 15
2-8 布朗運動 15
第三章 研究方法 17
3-1 數值模擬軟體簡介 17
3-2 CFD軟體分析步驟 19
3-3 網格結構 21
3-3-1 結構化網格 22
3-3-2 非結構化網格 22
3-4 軟體驗證 24
3-5 計算空間測試 25
3-6 數值方法正確性之測試 25
3-7 格點測試 27
第四章 結果與討論 28
4-1 奈米流體流場特性分析 29
4-1-1 熱傳導係數 30
4-1-2 運動黏度 30
4-2 階梯高度對流場與熱傳的影響 31
4-3 Grashof number對奈米流體流場與熱傳的影響 33
4-4 奈米流體不同上階梯高度f與Reyonds number 對平均Nusselt number 影響 34
第五章 結論 69
5-1 結論 69
5-2 未來研究之展望 70
參考文獻 71
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