半弧形無蕊式熱管熱傳性能實驗｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	葉竣達 Juin-Da Ya
論文名稱：	半弧形無蕊式熱管熱傳性能實驗
指導教授：	楊建裕 Chien-Yuh Yang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 機械工程學系 Department of Mechanical Engineering
畢業學年度：	89
語文別：	中文
論文頁數：	130
中文關鍵詞：	太陽能熱水器、無蕊式、熱管、半弧形管、表面張力
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根，另外兩圓形管，內徑為4.4mm及2.4mm，前者填充率35及65%各
一根，後者填充率65%一根。兩圓形管與半弧形管的水力直徑與溼周
邊長相似。三根熱管的總長度皆為300mm，等分為蒸發、絕熱及冷凝
等三段。熱傳機制、最大熱傳量和傾斜角的影響皆已量得並討論。
直徑4.4mm之圓形管，其填充率65%，在一加熱功率間，發生蒸
發段溫度大量降低且轉為均勻，使蒸發段熱傳機制由池沸騰轉為兩相
對流沸騰，蒸發段熱阻降低約40%，冷凝段熱阻增加約50%。填充率
降為35%時，亦有此種熱傳機制變換，但轉換後蒸發段熱阻亦不再隨
加熱功率增加。但不會造成熱阻突然變化。此種熱傳機制變換情形在
直徑2.4mm圓形管並未出現，而半弧形無蕊式熱管則是不明顯。
圓管直徑4.4mm 及2.4mm 實驗所得最大熱傳量與Imura 等人
[1983]、Faghri 等人[1989]之修正式之預測值，約相差20~30%。實驗
測得半弧形管的最大熱傳量與直徑4.4mm 圓管相近，與直徑2.4mm
圓管相比，約為2.5 倍大。
半弧形管內液體夾於兩邊，減小液汽流動界面，降低了傾斜角度
對熱阻的影響。夾角的表面張力使蒸發段壁面保持潤濕，提高其有效
熱傳導係數。但冷凝段熱阻過高，必須加以改善以提升整體性能。

摘要… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... i
目錄… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... ii
表目錄… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. v
圖目錄… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ... vi
符號說明… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . xii
第一章　前言… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..… 1
1 研究動機與背景… … … … … … … … … … … .… … … … ... 1
2 研究目的… … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4
第二章　文獻回顧… … … … … … … … … … … … … … … … … … … .. 10
1 太陽能熱管集熱板的應用發展與熱管類型… … … … … … 10
2 無蕊材熱管驅動力… … … … … … … … … … … … .… … .. 12
2.1 重力… … … … … … … … … … … … … … … … … .… … 12
2.2 表面張力… … .… … … … … … … … … … … … … … … . 13
3 無蕊式熱管熱傳特性… … … … .… … … … … … … … … … 16
3.1 熱傳性能與極限類型… … … … .… … … … … … … … . 16
3.2 熱傳性能與極限變因… … … … .… … … … … … … … . 19
3.3 無蕊式熱管內流動… … … … … … … … … … .… … .… . 20
3.3.1 垂直無蕊式熱管流動型態.… … … … … … … ....… 21
3.3.2 傾斜無蕊式熱管流動型態… … … … ..… … .… .… 21
3.3.3 溢流現象… … … … … … … .… … … … ..… … .… .… 22
3.3.4 溢流振盪… … … … … … … .… … … … ..… … .… .… 23
iii
3.4 無蕊式熱管性能極限預測… … … … … … … .… … .… . 24
4 微/小型無蕊式熱管.… … … … .… … … … … … … … … … … . 26
4.1 微熱管的驅動力… … .… … … … … … … .… … .… . 26
4.2 微/小熱管的熱傳特性… .… … … … … … … .… … .… . 27
第三章　實驗系統及分析方法… … … … … … … … … … … … … … ... 41
1 簡介… … … … … … … … … … … … … … … … … … ..… … … . 41
2 實驗系統… … .… … … … … … … … … … … … … … … … … .. 42
2.1 測試段… .… … … … … … … … … … … … … … … … … .. 42
2.2 測試系統… … … … … … … … … … … … … … … … … .... 42
2.3 量測儀器設備… … … … … … … … … … … … … … … ... 43
2.3.1 溫度量測… … … … … … … … … … … … … … .... 43
2.3.2 熱電偶溫度讀取量測… … … … … … … .… … … .. 43
2.3.3 電熱片、直流電源供應器… … … … … … … .… .. 44
2.3.4 冷卻水循環泵… … .… … … … … … … … … ..… … 44
2.3.5 恆溫槽… … … … ..… … … … … … … … … … … … . 44
3 實驗過程… … … … … … … … … … … … … … … … … … ...... 44
4 實驗數據分析… … … … … … … … … … … … … … … … … .. 46
第四章　實驗結果… … … … … … … … … … … … … … ..… .… … … . 59
1 熱傳機制… … … … … … … … … … … … … … … … ..… … … . 59
1.1 直徑4.4mm，填充率65%之圓形管..… … … … .… … . 59
1.2 直徑2.4mm，填充率65%之圓形管..… … … … … … .. 60
1.3 水力直徑2.16mm，填充率65%之半弧形管..… … .. 61
1.4 直徑4.4mm，填充率35%之圓形管..… … … … … … .. 62
1.5 水力直徑2.16mm，填充率20%之半弧形管..… … ... 63
iv
2 最大熱傳量… … … … … … … … … … … … … … … … ...… … 64
第五章　討論… … … … … … … … … … … … … … ..… .… … … . 100
1. 不同角度下熱阻與加熱功率之關係..… … … … … .... 100
1.1 直徑4.4mm，填充率65%之圓形管… … … … ... 100
1.2 直徑2.4mm，填充率65%之圓形管… … … … ... 101
1.3 水力直徑2.16mm，填充率65%之半弧形管… 101
1.4 直徑4.4mm，填充率35%之圓形管… … … ..... 101
1.5 水力直徑2.16mm，填充率20%之半弧形管… 102
2 不同角度下有效熱傳導係數與加熱功率之關係.. 102
3 不同角度與垂直時最大熱傳量比與傾斜角之關.. 103
第六章　結論與建議… … … … … … … … … … … … … … … … … .... 123
參考文獻… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . 125
附錄… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..… . 130

                                

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