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研究生:陳律廷
研究生(外文):Lyu-Ting Chen
論文名稱:渦旋管之冷卻性能分析
論文名稱(外文):Analysis on the Cooling Performance of Vortex Tube
指導教授:李基禎李基禎引用關係
指導教授(外文):Ji-Jen Lee
口試委員:李基禎
口試委員(外文):Ji-Jen Lee
口試日期:2013-12-06
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:機械工程學系(所)
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:2013
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:實驗對照渦旋管旋性數值模擬參數分析幾何變化
外文關鍵詞:Cooling PerformanceExperimental ObservationParameter AnalysisVorticityNumerical SimulationVortex Tube
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渦旋管(Vortex tube)是一個以壓縮氣體注入作為動力來源的冷卻器,它最常被用來解決工業上的局部冷卻問題,近年來也被應用在醫療用途上,由於它成本低廉、構造簡單、容易維護、體積小、重量輕、無火花危險、無電磁干擾,而且不浪費空氣耗散量,可將其視為一個良好的冷卻工具。

本文探討渦旋管作動時的物理現象,藉由CFD軟體分析渦旋管內的流場分佈,以達到流場可視化之目的。經由物理現象之探討,討論設計的幾何參數變化對性能的影響,並作CFD軟體模擬與實驗數據結果對照。本研究針對冷端出口大小、渦流管長短,熱端出口間距三種主要幾何參數之變化。從模擬與實驗的結果比對,呈現實驗的部分,當冷端出口直徑較大(9mm)與渦旋管長較長(200mm),熱端出口間距為1mm時,冷卻溫度較低。模擬的部分,模擬結果與實驗的結果有些不相一致,其原因為涉及可能量測之精準度,以及模擬軟體不適用於穿音速之分析,尤其在自由膨脹區的物理現象模擬。
Vortex Tube is a refrigeration device that is powered by injecting the compressed gas into it. Vortex Tube is commonly used to solve cooling problem in many industrial applications. Lately, Vortex Tube has also being used for medical applications. Due to the essence of low cost, simple structure, easy maintenance, small size, light weight, no sparking, no EMI (Electro Magnetic Interference) and no air, consumption all these advantages make Vortex Tube to be an excellent tool for efficient cooling solution.

This article is to investigate the cooling performance of Vortex Tube through numerical simulation and experimental observation. With the contours generated by CFD software, the whole picture of flow field distribution in a Vortex Tube can be found. By analyzsing the physical phenomena, it is shown that different geometry designs could contribute to various Vortex Tube performances. In addition, the comparison between the simulated results of CFD software and the experimental data are discussed. This study focuses on the changes of three key geometric parameters. It is found that the best cooling performance on cold outlet diameter 9mm and vortex tube length 200mm and hot outlet gap 1mm. Nevertheless, the results simulated by CFD software did not get consistence with the above experimental results. This is because an unreasonable phenomenon is found in free expansion flow field, which does not match to the theory of compressible flow. One of the reasons is the feasibility of transonic flow analysis for the software applied.
致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 X
符號索引 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機 4
第二章 理論探討 5
第三章 數值模擬 14
3.1 狀態假設與邊界條件 14
3.2 數值方法 15
3.3 計算流體區域 20
3.4 網格獨立性測試 22

第四章 實驗設備與流程 24
4.1 實驗設備 24
4.1.1 實驗渦旋管之設備 24
4.1.2 渦旋管組件介紹 32
4.1.3 渦旋管組合圖 38
4.2 實驗流程 39
第五章 結果與討論 40
5.1 原型模擬流場圖 42
5.2 幾何參數變化 49
5.2.1 冷端出口直徑 49
5.2.2 渦流管 52
5.2.3 熱端出口間距 55
第六章 結論 66
參考文獻 69
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【12】渦流管的作用原理,http://g9ltd.com/page/product_detail.asp?p_id=11
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