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研究生: 顏義哲
Yan, Yi-Je
論文名稱: 反算法於三維穩態鰭管式熱交換器鰭片熱傳係數之預測
指導教授: 黃正弘
Huang, Cheng-Hung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 造船及船舶機械工程學系
Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年: 2002
畢業學年度: 90
語文別: 中文
論文頁數: 78
中文關鍵詞: 鰭管式熱交換器傳係數
外文關鍵詞: heat transfer coefficient, finned-tube heat exchangers
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  • 所謂的「反算問題」(Inverse Problem)就是當某些物理量因為主客觀條件的限制而無法直接計算或量測時,我們可利用此法藉由其它已知的量測參數及物理量反求之,以便得到我們要的物理量。這跟一般使用傳統方法所謂的正算或直接解(Direct Problem)正好相反,由於在實際的工程問題中,的確會遇到上述的問題,所以「反算問題」是有存在的必要性且是一個很好運用於實際的工程問題的方法。本文所使用的方法即為反算法中的函數預測法又稱急遽遞減法(Steepest Descent Method),吾人利用此反算法結合熱流計算軟體CFX4.2,來求解三維逆向熱傳問題(Inverse Heat Transfer Problem)。
    在本文第二章中吾人對鰭管式熱交換器之鰭片進行熱傳分析,預測表面上熱對流係數之分佈。為了能夠解決較為複雜與實際的工程問題,因此吾人利用熱流套裝軟體CFX4.2來處理困難的物理幾何模型,利用其強大的熱流計算能力來計算吾人所需之正解部分,接著和吾人所撰寫的反算程式串聯起來,以對鰭片上熱對流係數之預測。
    現今工業界裡熱交換器的發展已經有一定的程度,根據不同的需求發展出的熱交換器可說是種類繁多,而鰭片在熱交換器的中則是扮演主要的角色,為了提高鰭片的散熱效率,因此鰭片的種類也是各式各樣。如能對鰭片作準確的熱傳分析,便能對鰭片的散熱效率做改善。
    本文使用套裝軟體CFX4.2來建立鰭片模型與規劃網格數目,以求解三維熱傳問題。並結合反算法中的急遽遞減法,且利用CFX4.2所解得鰭片表面的溫度分佈作為反算的依據,即可預測出鰭片上熱對流係數之分佈。此外,吾人亦將討論溫度量測誤差對熱對流係數預測值準確度的影響。
    在本文第三章的部分則實際經由實驗,利用精準度很高的紅外線熱像儀量測鰭片上的溫度,分別對對齊式鰭片(in-line)和交錯式鰭片(stagger)各別在不同的狀態下,如改變風速、鰭片間距,根據急遽遞減法來預測出鰭片上的熱對流係數,並做分析與探討。

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    摘 要……………………………………………………………I 誌 謝……………………………………………………………III 目 錄……………………………………………………………IV 圖表目錄……………………………………………………………VI 符號說明……………………………………………………………X 第一章 緒 論……………………………………………………1 1-1 研究背景與目的………………………………………………1 1-2 文獻回顧………………………………………………………5 第二章 反算法於三維穩態鰭管式熱交換器鰭片熱傳係數之預測………………………………………………………………………8 2-1 直接解問題………………………………………………………9 2-2 逆向問題…………………………………………………………12 2-3 急遽遞減法之極小化過程………………………………………13 2-4靈敏性問題與前進步距…………………………………………14 2-5 伴隨問題與梯度方程式…………………………………………16 2-6 收斂條件…………………………………………………………9 2-7 數值計算流程…………………………………………………20 2-8 結果與討論……………………………………………………22 第三章 實驗設備與方法……………………………………………42 3-1 實驗設備……………………………………………………42 3-2 實驗方法………………………………………………………44 3-3 實驗結果與討論………………………………………………45 3-3-1直接解問題………………………………………………46 3-3-2靈敏性問題………………………………………………47 3-3-3伴隨問題…………………………………………………48 3-3-4正向風速的影響…………………………………………49 3-3-5排列方式的影響…………………………………………50 3-3-6鰭片間距的影響…………………………………………51 3-4實驗與理論的探討……………………………………………51 第四章 結 語………………………………………………………75 參考文獻………………………………………………………………76

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2002-07-19公開
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