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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李頓
研究生(外文):DUN-LEE
論文名稱:障礙物在不同位置與旋轉角度對封閉方腔內自然對流之影響
論文名稱(外文):The effects of obstacles in various positions and rotation angles on natural convection in closed spaces
指導教授:張文政張文政引用關係
指導教授(外文):W. J. Chang
口試委員:成銘德蕭肇殷
口試日期:2017-06-15
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:機械與電腦輔助工程學系
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:116
中文關鍵詞:自然對流障礙物旋轉角度Fluent 軟體
外文關鍵詞:natural convectionobstaclerotation angleFluent software
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本文利用數值軟體 Fluent 模擬考慮 Dufour 效應和 Soret 效應下
的方腔中放置一障礙物,改變位置與旋轉角度對空間內流動與熱質傳
之影響情形。透過改變不同的參數,利用流線圖、溫度分布圖、濃度
分布圖、速度向量圖、高溫面局部/平均紐賽數(Nu)以及高濃度面局部
/平均雪爾伍德數(Sh)來探討腔內的熱質傳影響情形。本文所探討的參
數及其範圍分別為:雷里數(Ra=104~107)、障礙物中心與高溫壁面的距
離(h=0.085L~0.6L)、障礙物旋轉角度(ɸ=0 ゚~90 ゚)、障礙物長寬比
(ɛ=0.25~4)、障礙物面積大小(A=0.01L2~0.09L2)。
本文研究結果顯示:隨著雷里數 Ra 的增加,流場流速越快,熱傳與質
傳越好;隨著 ɛ 的增加熱質傳率越差;在固定 ɛ=0.25 時,當h<0.33L
時熱傳率低且變化不大,在 h 介於 0.33L 至 0.4L 時平均紐賽數急遽
增加,且 h=0.38L 時熱傳率最高,但當 h>0.4L 後熱質傳率幾乎沒有
變化;障礙物旋轉角度 ɸ=0 ゚~45 ゚時,隨著旋轉角度的增加熱質傳效果
越來越差,ɸ =0 ゚~90 ゚時,平均紐賽數和平均雪爾伍德數有對稱於 45 ゚
的現象;雪爾伍德數的變化趨勢和紐賽數相同。
In this study, the ANSYS Fluent numerical simulation program
simulated the placement of an obstacle within a cavity subject to Dufour
and Soret effects. The effects of changes in the position and rotational angle
of the obstacle with respect to the flows and heat/mass transfer within a
closed space were investigated by altering the various investigative
parameters. The heat/mass transfer in the rectangular confined space is
discussed by using the flow chart, the Isothermal graphs, the
isoconcentration graphs,The velocity diagram, and the local/average
Nusselt number and the local/average Sherwood number in high
temperature surface.The main parameters of numerical simulation
discussed in this paper are as fllows: Rayleigh number from 104 to 107 ,
the rotation angle of the obstacle from 0 ゚ to 90 ゚, the distance between
the obstacle’s centroid and the high-temperature wall h from 0.085L to 0.6L,
obstacle’s aspect ratio ɛ from 0.25 to 4, obstacle’s area A from 0.01L2 to
0.09L2.



The findings of this study indicate the following: Increase in Rayleigh
number will strengthen heat and mass transfer; Heat and mass transfer rates
progressively decrease as ε increases; When ε = 0.25 and the distance
between the obstacle’s centroid and the high-temperature wall, h, was
varied, the heat transfer rate was low and only varied minimally when h <
0.33 L. When h ranged between 0.33 L and 0.4 L, the average Nusselt
number (Nu) increased rapidly as h increased, and the maximum heat
transfer rate was observed at h = 0.38 L. However, no significant changes
were observed when h > 0.4 L; When the range of the rotation angle of the
obstacle, ɸ, was 0°–45°, the effectiveness of the heat and mass transfers
gradually decreased as the rotational angle increased. When the ɸ range
was 0°–90°, the average Nu and average Sherwood number (Sh) varied
symmetrically about ɸ = 45°; Sh and Nu share the same variation trends.
致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
符號說明 xi
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 5
第2章 理論分析 6
2.1 物理模型與基本假設 6
2.1.1 物理模型 6
2.1.2 基本假設 8
2.2 統御方程式 9
2.3 邊界條件 10
2.4 無因次化統御方程式 11
2.5 無因次化邊界條件 12
2.6 定義探討參數 13
第3章 數值模擬方法 14
3.1 Fluent簡介 14
3.1.1 UDF與UDS介紹 15
3.2 數值方法 16
3.3 求解流程 17
3.4 鬆弛因子 18
3.5 收斂準則 18
3.6 數值模擬流程 19
3.7 網格配置 20
第4章 結果與討論 22
4.1 雷里數(Ra)對流動與熱質傳之影響 22
4.2 障礙物長寬比(ɛ)對流動與熱質傳之影響 32
4.3 障礙物中心與右側壁面距離(h)對熱質傳的影響 41
4.3.1 障礙物長寬比(ɛ)=0.25時距離h對流場與熱質傳的影響 41
4.3.2 障礙物長寬比(ɛ)=4時距離h對流場與熱質傳的影響 56
4.4 障礙物旋轉角度(ɸ)對流動與熱質傳的影響 71
4.4.1 距離h=0.22L障礙物旋轉角度對流動與熱質傳的影響 71
4.4.2 距離h=0.25L時障礙物旋轉角度對流動與熱質傳的影響 80
4.5 障礙物面積(A)對流動與熱質傳的影響 89
4.5.1 間距S=0.07L時障礙物面積對流動與熱質傳的影響 89
第5章 結論 98
參考文獻 100
附錄一 102


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