臺灣博碩士論文加值系統

本文主要探討國內奶泡機新型水加熱器解決方案來取代鍋爐，本研究主要分為兩個部份：奶泡機水加熱模組模擬與奶泡機水加熱實驗，藉由數值分析軟体模擬奶泡機水加熱模組之各個加熱元件，以求解加熱器流道內部蒸汽壓力與蒸汽溫度，同時以實驗觀察驗證，加熱模組所產生的蒸汽結果顯示數值模擬結果與實驗吻合，在針對加熱模組內流道長度設計的部份，使用三種設計如環狀型流道加熱器與螺旋型流道加熱器與N型流道加熱器，加熱模組內流道長度設計的蒸汽流場分布以CAE軟體來分析，再藉由CAE分析搭配實驗方法建立合適的流道設計，以達成最佳化加熱器流道設計，另外將SUS 316不鏽鋼管製成加熱器流道實際應用奶泡機水加熱器中其製造成本比一般鍋爐製造成本低25%。

In this article , foam machine boiler is discussed. A new type of water heater for the sake of solving the issue mentioned previously to substitute boiler. will be designed.There are two main parts of this research ; the simulation of the heating module of the water-type foam machine and the heating experiment of the water-type foam machine. By using CAE software , we can acquire the steam pressure difference inside the channel of the heating component and the steam temperature difference generated by the heat input of the heating module. In addition, experiments to insure the accuracy of the CAE simulation are done in this research.The mixture of steam and ice milk generated by heating module indicates that the results from the experiments and simulation are close. we're focusing used to analyze the length of the inner channel of the heating module. By using three different types of the inner heating channel of the heating module are designed. Circular shaped, spiral shaped and N shaped heating channel. CAE software will be used to determine which is favorable . In order to get the optimal design of the heating channel ,CAE software is used to analyze the length of the inner channel of the heating module while applying experimental methods . SUS316 stainless steel which is 25% lower on manufacturing cost compared with other regular boiler. is used as the material to make the inner channel of the heating channel.

中文摘要I
Abstract II
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅶ
表目錄 XI

第一章 緒論 1
1-1 研究動機 2
1-2 文獻探討 5
1-3 研究內容 10
1-4 論文架構 11
第二章 水加熱器之設計與作動原理 12
2-1 全系統架構 12
2-2 水加熱器之設計架構 12
2-3 本體之設計 18
2-4 加熱棒之設計 19
2-5 水加熱器流道之設計 20
2-6 水加熱器之作動原理 21
第三章 理論基礎分析與水加熱器模擬方法 24
3-1 基本理論分析 24
3-2 模擬工具介紹 27
3-2-1 基本假設 29
3-3 模擬流程 30
3-4 數值模擬與最佳化設計 31
3-4-1 螺旋型流道加熱器模型建立與參數設 31
3-4-2 環狀型流道加熱器模型建立與參數設 32
3-4-3 N型流道加熱器模型建立與參數設 33
3-4-4 邊界條件設定 35
3-4-5 網格設定 36
3-4-6 求解設定 38
3-5 模擬分析結果 43
3-5-1 環狀型流道數值模擬結果 43
3-5-2 螺旋型流道數值模擬結果 47
3-5-3 N型流道數值模擬結果 51
3-5-4 加熱器流道設計分析結果與討論 55
第四章 水加熱器實驗方法 58
4-1 溫度量測與資料存取 59
4-2 加熱裝罝 61
4-3 實驗步驟 65
4-4 奶泡機打水幫浦管壓實驗 70
4-5 奶泡機發泡量測試實驗 73
4-6 加熱器蒸汽溫度量測實驗 76
4-7 奶泡機流量溫度測試實驗 77
4-8 結果與討論 78
4-8-1 實驗驗證結果討論 78
4-8-2 實驗誤差來源 80
第五章 結論與未來展望 81
5-1 結論 81
5-2 未來展望 82
參考文獻 83

圖目錄

圖1-1一般鍋爐式加熱器 2
圖1-2一般鍋爐式加熱器內部裝置 3
圖2-1 奶泡機開發流程 13
圖2-2 奶泡機水加熱器設計之模擬流程圖 14
圖2-3 水加熱器示意圖(爆炸圖) 15
圖2-4 水加熱器尺寸圖 16
圖2-5 水加熱器示意圖(正面) 17
圖2-6 水加熱器本體示意圖(正面) 18
圖2-7 加熱棒本體示意圖(正面) 19
圖2-8 螺旋型水管示意圖(正面) 20
圖2-9 水加熱器作動步驟1 21
圖2-10水加熱器作動步驟2 22
圖2-11水加熱器作動步驟3 23
圖3-1 CFD RC之運算流程架構圖 28
圖3-2 加熱器模擬流程圖 30
圖3-3 螺旋型水管加熱器3D模型圖31
圖3-4 環狀型加熱器3D模型圖 32
圖3-5 N型流道加熱器3D模型圖 33
圖3-6 螺旋型水管加熱器Inlet位置圖 35
圖3-7 螺旋型水管加熱器Outlet位置圖 35
圖3-8 結構與非結構型網格示意圖 36
圖3-9 螺旋型水管加熱器3D幾何模型圖 37
圖3-10 螺旋型水管加熱器非結構化網格圖 37
圖3-11 CFD-ACE 運算之求解流程圖 39
圖3-12 螺旋型水管加熱器PT設定圖 40
圖3-13 螺旋型水管加熱器MO設定圖 41
圖3-14螺旋型水管加熱器 VC模式fluid設定圖 41
圖3-15螺旋型水管加熱器 VC模式Solid設定圖 42
圖3-16螺旋型水管加熱器 BC模式Inlet設定圖 42
圖3-17 環狀型加熱器流道Residual Plot圖 44
圖3-18 環狀型流道溫度場圖 45
圖3-19 環狀型流道速度向量場圖 45
圖3-20 環狀型流道壓力場圖 46
圖3-21 環狀型流道渦旋流場圖 46
圖3-22 螺旋型流道Residual Plot圖 48
圖3-23 螺旋型流道溫度場圖 49
圖3-24 螺旋型流道速度向量場圖 49
圖3-25 螺旋型流道壓力場圖 50
圖3-26 螺旋型流道渦旋流場圖 50
圖3-27 N型流道Residual Plot圖 52
圖3-28 N型流道溫度場圖 52
圖3-29 N型流道速度向量場圖 53
圖3-30 N型流道壓力場圖 53
圖3-31 N型流道渦旋流場圖54
圖3-32 環狀型流道溫度壓力圖 56
圖3-33 螺旋型流道溫度壓力圖 56
圖3-34 N型流道溫度壓力圖 57
圖4-1 K型熱藕線(K type Thermocouple) 60
圖4-2 數位式溫度計雙組輸入DTM-307 60
圖4-3 鋁鑄加熱主體62
圖4-4 熱導管 62
圖4-5 螺旋型水管 63
圖4-6 加熱器 63
圖4-7 蒸汽管 64
圖4-8 加熱器固定架 64
圖4-9 加熱模組組合圖 67
圖4-10 水箱電磁閥示意圖 67
圖4-11 打水幫浦示意圖 68
圖4-12 加熱系統配置圖 68
圖4-13 加熱系統示意圖 69
圖4-14 奶泡機打水幫浦管壓表(前) 72
圖4-15 奶泡機打水幫浦管壓表(後) 72
圖4-16 奶泡機冰箱圖 74

表目錄

表3-1 鋁合金物理特性表(Physical property) 34
表4-1 奶泡機打水幫浦管壓測試表 71
表4-2 奶泡機牛奶幫浦流量控制測試表 74
表4-3 奶泡機牛奶幫浦流量控制測試表 75
表4-4 奶泡機熱奶泡溫度測試表 75
表4-5 加熱器蒸汽測試表 76
表4-6 奶泡機牛奶幫浦流量測試表 77
表4-7 加熱器標準表 79

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