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研究生: 王郁凱
Wang, Yu-Kai
論文名稱: 鰭片式熱交換器數值熱傳分析與設計
Fin Tube Heat Exchanger Numerical Thermal Analysis and Design
指導教授: 陳介力
Chen, Chieh-Li
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系碩士在職專班
Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 44
中文關鍵詞: 計算流體力學鰭片式熱交換器內外套管穩態
外文關鍵詞: Computational fluid dynamics, Fin tube heat exchanger, Double pipe, Steady states
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  • 本文內容主要探討鰭片式熱交換器,以內外套管冷卻方式進行,外套管的冷卻水以逆向流之流動方式,觀察內套管之流體隨時間冷卻變化之現象,其中將會透過模組建立與計算有限元素格點與多物理場數值方法進行分析。首先藉由初始原型之模型建立,得到冷卻溫度差初始值,再藉由物體型體建立的差異性,來追求冷卻系統效率的優化。
    其中物體型體建立的差異性,是以內外套管鰭片有無、以及數量增減、旋轉角度的條件。觀察是否造成流體擾流,以及熱交換面積增加,兩相比較條件之收斂結果,來探討並比較其冷卻效率優劣。
    從此研究結果可得出降溫效果從原型,到增加內鰭片後從每五段各三支、每五段各六支之後,可以得到顯著的降溫改善效果。在增加內鰭片一倍數量情況下,發現入口與出口溫差變更小,推斷是內鰭片數量過多過密造成流體過多阻力,影響流體進入內套管後的流速,後半段流體熱交換效益便下降。同樣情況下把內鰭片長度減半,60mm減短至30mm,入口與出口溫差變大,由此更加證明無效的內鰭片數量與長度造成流體阻力過大,擾流過多,反而降低了熱交換降溫效益。

    This paper mainly discusses the physical phenomenon of fin double tube heat exchanger in the reverse flow, and observes the physical cooling phenomenon effectiveness for each different fin tubes model. It’s analyzed by experimental and computational fluid dynamics (CFD) software. The original model with no fins, then increase the fin quantities and rotate fine angle, change length, so we can compare the simulation result, check the outlet working fluid temperature, find the more optimal one.
    We found the fin distributed situation will seriously impact the heat dissipation, in terms of theory, the more fins mean the more dissipation , but it will disturb the fluid flow.
    We can get the convergence result with the fins increase and the cooling effectiveness.
    Most of the literature only discusses the problem of heat exchanger.

    摘要 i Extended Abstract ii 誌謝 v 目錄 vi 表目錄 ix 圖目錄 x 符號介紹 xii 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2 研究動機 2 1.3 章節瀏覽 4 第二章 問題描述 5 2.1 物理模型建立及假設 5 2.2 統御方程式及邊界條件 6 2-2-1 統御方程式 6 2-2-2 邊界條件 7 2.3 各種參數與理論計算 9 第三章 數值方法模擬分析 13 3.1 有限元素基礎理論 13 3.2 鰭片式熱交換器之建模 14 3-2-1 模型建立 14 3-2-2 網格生成 14 3-2-3 紊流模型 15 3.3 求解器與後處理 17 3-3-1 求解器 17 3-3-2 後處理 19 3.4 數值模擬流程圖 20 第四章 結果與討論 23 4.1 有限元素理論及網格建立 23 4.2 變異模型建立與定義參數 25 4.3 有限元素理論及網格建立 31 第五章 綜合結論與未來展望 41 參考文獻 43

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