臺灣博碩士論文加值系統

本論文完成磁性奈米流體在微管道內流場特性之分析。主要目的在探討微管道管長(或管徑)、粒子體積分率及外部磁場強度對流體速度、壓力、壓降及流阻之影響。首先，我們完成水基磁鐵礦( )磁性奈米流體之製備與其材料性質之實驗量測與理論近似。接著，我們藉由實驗數據與理論結果之比較以驗證近似公式之合理性。最後，透過前進隱性法(MI)以數值分析磁性奈米流體在微管道內流場特性。
實驗與理論性質結果比較發現，粒子與粒子間或與管壁間之作用效應會隨著粒子體積分率增加、外部磁場強度增加或管徑減小而增加。數值流場分析結果發現，當管長增加、體積分率增加或磁場強度增加時，速度及壓力場趨於完全發展，此時壓降趨於增加而流阻趨於固定。

This research conducts an analysis of flow characteristics of magnetic nanofluids in a microtube. The main purpose is to investigate the influences of microtube length (diameter), particle volume fraction, and the external magnetic field strength on the fluid velocity, pressure, pressure drop, and the flow drag. First, we complete the preparation of water-based magnetic ( ) nanofluids as well as the experimental measurements and theoretical approximations of their material properties. Further, we compare the experimental data and the theoretical results to verify the validation of approximate formula. Finally, we numerically analyze the flow characteristics of magnetic nanofluids in a microtube by using the marching implicit (MI) procedure.
Comparisons between experimental data and theoretical results of properties are found that the effect of particle-particle and particle-wall interaction increases with the increase in particle volume fraction, external magnetic field, or the increase in tube length. Numerical flow results of the present analysis reveal that when the tube diameter decreases, the volume fraction increases, or the magnetic field strength increases, the velocity and pressure fields tend to be fully developed. Also, the pressure drop tends to increase, but the flow drag tends to be fixed.

目錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
符號說明 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 3
1-3 論文結構 4
第二章 研究方法 5
2-1 流體製備 5
2-2 性質量測 8
2-3 實驗設計 12
第三章 流場特性 18
3-1 守恆定理 18
3-2 解析近似 21
3-3 數值方法 22
3-4 結果與討論 24
第四章 總結 44
4-1 結論 44
4-2 展望 45
參考文獻 46
附錄A 壓降關係 48
附錄B 實驗數據 50
自述 57
個人著作 58


表目錄
表2-3.1 實驗與理論結果之比較 15
表B.1 實驗數據表。 、 及 50
表B.2 實驗數據表。 、 及 51
表B.3 實驗數據表。 、 及 51
表B.4 實驗數據表。 、 及 52
表B.5 實驗數據表。 、 及 52
表B.6 實驗數據表。 、 及 53
表B.7 實驗數據表。 、 及 53
表B.8 實驗數據表。 、 及 54
表B.9 實驗數據表。 、 及 54
表B.10 實驗數據表。 、 及 55
表B.11 實驗數據表。 、 及 55
表B.12 實驗數據表。 、 及 56


圖目錄
圖2-1.1 化學材料：(a)三氯化鐵，(b)四水合氯化亞鐵，(c)氫氧化鈉，(d)油酸，(e)去離子水 7
圖2-1.2 化學合成實驗設備：(a)去離子水製造機，(b)電子天平，(c)高架攪拌機，(d)加熱台，(e)蠕動泵浦，(f)離心機，(g)超音波細胞粉碎機 7
圖2-2.1 同軸套管密度計 12
圖2-3.1 實驗設置之示意圖 15
圖2-3.2 微管道之實體圖 16
圖2-3.3 安培迴路之示意圖 16
圖2-3.4 螺線管之實體圖 17
圖2-3.5 實驗與理論結果之比較 17
圖3-1.1 流場之幾何模型 21
圖3-3.1 有限差分網格 23
圖3-4.1 壓降 與流率 之變化關係。 及 29
圖3-4.2 壓降 與流率 之變化關係。 及 29
圖3-4.3 壓降 與流率 之變化關係。 及 30
圖3-4.4 壓降 與流率 之變化關係。 及 30
圖3-4.5 壓降 與流率 之變化關係。 及 31
圖3-4.6 外加與未加磁場作用下，壓降 與流率 之變化關係。 及 31
圖3-4.7 非磁黏滯係數修正因子 與體積分率 之變化關係。 32
圖3-4.8 壓降 與流率 之變化關係。 及 32
圖3-4.9 壓降 與流率 之變化關係。 及 33
圖3-4.10 壓降 與流率 之變化關係。 及 33
圖3-4.11 壓降 與流率 之變化關係。 及 34
圖3-4.12 壓降 與流率 之變化關係。 及 34
圖3-4.13 外加與未加磁場作用下，壓降 與流率 之變化關係。 及 35
圖3-4.14 非磁黏滯係數修正因子 與體積分率 之變化關係。 35
圖3-4.15 不同位置 下，縱向速度 與管徑 之變化關係。 36
圖3-4.16 不同位置 下，橫向速度 與管徑 之變化關係。 36
圖3-4.17 壓力 與位置 之變化關係。 37
圖3-4.18 壓降 與管長 之變化關係。 37
圖3-4.19 平均流阻 與管長 之變化關係。 38
圖3-4.20 不同位置 下，縱向速度 與管徑 之變化關係。 38
圖3-4.21 不同位置 下，橫向速度 與管徑 之變化關係。 39
圖3-4.22 壓力 與位置 之變化關係。 39
圖3-4.23 壓降 與管長 之變化關係 40
圖3-4.24 平均流阻 與管長 之變化關係 40
圖3-4.25 不同磁場強度 及位置 下，縱向速度 與管徑 之變化關係。 及 41
圖3-4.26 不同磁場強度 及位置 下，橫向速度 與管徑 之變化關係。 及 41
圖3-4.27 不同磁場強度 下，壓力 與位置 之變化關係。 及 42
圖3-4.28 不同磁場強度 下，壓降 與管長 之變化關係。 及 42
圖3-4.29 不同磁場強度 下，平均流阻 與管長 之變化關係 43

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