本文針對平板鰭管式熱交換器，其鰭片管排表面依角度變化之局部熱傳係數，作一量測研究。實驗參數分別以管排排列方式為交錯(staggered)或並排(in-line)下局部熱傳係數隨雷諾數變化之情形，以及管間距不同等作為變化。雷諾數變化範圍為2000~9000，管排排列方式比較交錯(staggered)或並排(in-line)，管間距比較2.0D、2.5D及2.8D。
本文利用相似理論建立一熱交換器之相似模型，在假設實驗系統之熱傳模式為半無窮區間之一維熱傳導後，使用暫態液晶實驗方法，配合埋設於實驗系統中之微鏡頭攝影機所拍攝之影像，以套裝軟體LCIA(Liquid Crystal Image Analysis)分析液晶變色的情形與時間、溫度的關係，求出熱交換器管排表面局部熱傳係數隨角度變化之情形。
研究結果顯示，隨雷諾數增強，受渦流(Vortex)作用，不論是管排表面熱傳或是表面整體平均均有較高的熱傳係數。交錯管排排列方式，其熱傳效果要比管排排列方式為並排的情況好。並排管排排列方式之熱傳效果隨流體流動方向有遞減的現象。且就本文的熱交換器鰭片幾何形式而言，擴大管間距降低熱傳效果，但過小之管間距亦無法提升熱傳效果，其於設計上應有一最佳值。
本文利用十五個顏色區間表示之熱傳平面圖、隨角度變化之管排表面局部熱傳係數立體曲面圖，表現熱交換器鰭片管排表面依角度變化之熱傳現象，做為熱交換器設計者一相關參考依據。

In the present study, the local heat transfer coefficient over the surface of the tube row of a fin-and-tube heat exchanger is to measure. The test cases including the tube row arrangement of staggered and in-line, Reynolds number range of 2000 to 9000, and transverse tube pitch of S=2.0D, 2.5D and 2.8D, are studied and discussed.
Experimental models of heat exchangers are constructed according to similarity principles. Complete distribution of local heat transfer coefficients are measured over the full surface of the tube row of a fin-and-tube heat exchanger by the transient heat transfer method with thermochromic liquid crystal used as the surface thermometer. And using micro video camera assembled in the experimental system to obtain the experimental image. Software, LCIA(Liquid Crystal Image Analysis), is used to obtain the temporal history of the surface temperature used to determined the local heat transfer coefficient.
The results show that the heat transfer coefficient over the surface of the fin tube row increases with the Reynolds number. And the heat transfer coefficient for staggered cases is larger than that for in-line cases. The heat transfer coefficient on the surface of the tube row with transverse tube pitch S=2.0D is similar to the case with S=2.5D, and is larger than the case with S=2.8D. Therefore, there should exist an optimum geometry of the plate fin for a fin-and tube heat exchanger.

目 錄
目錄……………………………………………………………………Ⅲ
圖表目錄………………………………………………………………Ⅴ
符號說明………………………………………………………………Ⅷ

第一章 ：緒論…………………………………………………….. 1
1-1：研究背景、動機…………..…………..………… 1
1-2：文獻回顧………………………………………… 2
1-3：研究重點………………………………………… 4

第二章 ：理論基礎..………………………………………………. 6
2-1：相似理論分析…………………………………….. 6
2-2：暫態液晶熱傳理論……………………………… 9
2-3：鰭片的初溫……………………………………… 11

第三章 ：實驗設備及步驟………………………………….…… 14
3-1：實驗設備………………………………………… 14
（1）小型風洞…………………………………. 14
（2）拍攝區……………………………………. 14
（3）加熱系統…………………………………. 15
（4）數據擷取系統……………………………. 16
（5）影像擷取系統……………………………. 16
3-2：實驗參數的控制與量測………………………… 17
（1）液晶變色時間的量測……………………. 17
（2）暫態液晶校正……………………………. 17
（3）風速控制及量測…………………………. 19
（4）溫度量測…………………………………. 20
（5）光線控制…………………………………. 20
3-3：實驗的前置作業………………………………… 20
3-4：實驗參數………………………………………… 21
3-5：實驗步驟………………………………………... 21
第四章 ：實驗結果與討論………………………………….…… 27
4-1：局部熱對流係數對於雷諾數Re變化(staggered情況下)……………………………………………….... 27
4-2：局部熱對流係數對於雷諾數Re變化(in-line情況下)………………………………………………… 29
4-3：局部熱對流係數對於雷諾數Re變化(staggered與in-line比較)………….………………………….. 30
4-4：局部熱對流係數對於管間距S變化………... 31
第五章 ：結論與建議……………………………………….…… 86
5-1：結論……………………………………………... 86
5-2：建議……………………………………………... 86

參考文獻…………………………………………………………… 88
附錄A（實驗不準度）…………………………………………… 91













表目錄

表3-1 實驗參數設定………..…...............….…… 23

圖目錄

圖2-1 流過兩管間之流場示意圖………………… 12
圖2-2 平板鰭管熱交換器示意圖..….…...…...…….. 12
圖2-3 管排圓柱排列方式示意圖……………….. 13
圖2-4 基本熱傳示意圖…………………………… 13
圖3-1 實驗系統示意圖…......…………............… 24
圖3-2 拍攝區示意圖…..……………………….. 24
圖3-3 管排圓柱液晶噴佈示意圖……………….. 25
圖3-4 加熱源示意圖…..……………………….. 25
圖3-5 溫度量測點示意圖….……………………... 26
圖4-1-1 實驗編號1號第一管排之結果圖……….. 32
圖4-1-2 實驗編號1號第二管排之結果圖……….. 33
圖4-1-1 實驗編號1號第三管排之結果圖……….. 34
圖4-2-1 實驗編號2號第一管排之結果圖……….. 35
圖4-2-2 實驗編號2號第二管排之結果圖……….. 36
圖4-2-3 實驗編號2號第三管排之結果圖……….. 37
圖4-3-1 實驗編號3號第一管排之結果圖……….. 38
圖4-3-2 實驗編號3號第二管排之結果圖……….. 39
圖4-3-3 實驗編號3號第三管排之結果圖……….. 40
圖4-4-1 實驗編號4號第一管排之結果圖……….. 41
圖4-4-2 實驗編號4號第二管排之結果圖……….. 42
圖4-4-3 實驗編號4號第三管排之結果圖……….. 43
圖4-5-1 實驗編號5號第一管排之結果圖……….. 44
圖4-5-2 實驗編號5號第二管排之結果圖……….. 45
圖4-5-3 實驗編號5號第三管排之結果圖……….. 46
圖4-6-1 實驗編號6號第一管排之結果圖……….. 47
圖4-6-2 實驗編號6號第二管排之結果圖……….. 48
圖4-6-3 實驗編號6號第三管排之結果圖……….. 49
圖4-7-1 實驗編號7號第一管排之結果圖……….. 50
圖4-7-2 實驗編號7號第二管排之結果圖……….. 51
圖4-7-3 實驗編號7號第三管排之結果圖……….. 52
圖4-8-1 實驗編號8號第一管排之結果圖……….. 53
圖4-8-2 實驗編號8號第二管排之結果圖……….. 54
圖4-8-3 實驗編號8號第三管排之結果圖……….. 55
圖4-9-1 實驗編號9號第一管排之結果圖……….. 56
圖4-9-2 實驗編號9號第二管排之結果圖……….. 57
圖4-9-3 實驗編號9號第三管排之結果圖……….. 58
圖4-10-1 實驗編號10號第一管排之結果圖……….. 59
圖4-10-2 實驗編號10號第二管排之結果圖……….. 60
圖4-10-3 實驗編號10號第三管排之結果圖……….. 61
圖4-11-1 實驗編號11號第一管排之結果圖……….. 62
圖4-11-2 實驗編號11號第二管排之結果圖……….. 63
圖4-11-3 實驗編號11號第三管排之結果圖……….. 64
圖4-12-1 實驗編號12號第一管排之結果圖……….. 65
圖4-12-2 實驗編號12號第二管排之結果圖……….. 66
圖4-12-3 實驗編號12號第三管排之結果圖……….. 67
圖4-13-1 實驗編號13號第一管排之結果圖……….. 68
圖4-13-2 實驗編號13號第二管排之結果圖……….. 69
圖4-13-3 實驗編號13號第三管排之結果圖……….. 70
圖4-14-1 實驗編號14號第一管排之結果圖……….. 71
圖4-14-2 實驗編號14號第二管排之結果圖……….. 72
圖4-14-3 實驗編號14號第三管排之結果圖……….. 73
圖4-15 交錯第一管排Nu值變化比較(θ=30°)… 74
圖4-16 交錯第一管排Nu值變化比較(θ=60°)… 74
圖4-17 交錯第一管排Nu值變化比較(θ=90°)… 75
圖4-18 交錯第二管排Nu值變化比較(θ=30°)… 75
圖4-19 交錯第二管排Nu值變化比較(θ=60°)… 76
圖4-20 交錯第二管排Nu值變化比較(θ=90°)… 76
圖4-21 交錯第三管排Nu值變化比較(θ=30°)… 77
圖4-22 交錯第三管排Nu值變化比較(θ=60°)… 77
圖4-23 交錯第三管排Nu值變化比較(θ=90°)… 78
圖4-24 交錯排列下之整體平均Nu值比較………. 78
圖4-25 並排第一管排Nu值變化比較(θ=30°)… 79
圖4-26 並排第一管排Nu值變化比較(θ=60°)… 79
圖4-27 並排第一管排Nu值變化比較(θ=90°)… 80
圖4-28 並排第二管排Nu值變化比較(θ=30°)… 80
圖4-29 並排第二管排Nu值變化比較(θ=60°)… 81
圖4-30 並排第二管排Nu值變化比較(θ=90°)… 81
圖4-31 並排第三管排Nu值變化比較(θ=30°)… 82
圖4-32 並排第三管排Nu值變化比較(θ=60°)… 82
圖4-33 並排第三管排Nu值變化比較(θ=90°)… 83
圖4-34 並排排列下之整體Nu值比較…………….. 83
圖4-35 並排及交錯排列下之整體Nu值比較……. 84
圖4-36 管間距變化之第一管排Nu比較(θ=30°) 84
圖4-37 管間距變化之第二管排Nu比較(θ=30°) 85
圖4-38 管間距變化之第三管排Nu比較(θ=30°) 85

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