目錄 摘要.................................................. i 誌謝.................................................. ii 目錄.................................................. iii 圖表目錄...............................................vi 符號說明.............................................. xi 第一章 前言.....................................................1 第二章 文獻回顧........................................3 2-1 濕空氣(乾空氣和水蒸氣的混合物)的性質...............3 2-1.1濕空氣的焓值計算..................................3 2-1.2 計算空氣的性質...................................4 2-2一般的空調過程......................................5 2-3空氣通過盤管的狀態..................................5 2-4濕面的顯熱與潛熱傳遞（熱傳與質傳）..................5 2-5濕表面的濕度檢測與焓位勢(Enthalpy potential)推導....7 2-5.1直線定律..........................................8 2-5.2焓位勢...........................................10 2-6熱交換器(Heat exchangers)..........................12 2-6.1熱交換器基本設計方程式...........................13 2-6.2 冰水盤管（Two-stream steady-flow 熱交換器）.....16 2-6.3 ε-NTU method ....................................16 2-6.4 LMTD法與ε-NTU法之比較 ...........................18 第三章 數學模式的建立與基本分析.......................19 3-1熱傳現象...........................................19 3-1.1熱傳導...........................................19 3-1.2熱對流...........................................20 3-2 熱阻之觀念與應用..................................21 3-2.1總熱阻 與總熱傳係數U計算.........................22 3-3 乾濕盤管在Cross-flow and ε-NTU model的計算方程式..23 3-4 盤管的配置與物理性質(圖3-3).......................26 3-5熱傳面積...........................................27 3-6 (fin efficiency，散熱片效率)與 （散熱片熱阻)......28 3-6.1圓形散熱片(圖3-2)................................29 3-6.2方形散熱片(圖3-2)................................29 3-6.3散熱片熱阻.......................................29 3-7圓形管之 (Equivalent diameter，等效直徑)...........30 3-7.1 計算熱傳時的等效直徑（ ）.......................30 3-7.2 計算摩擦時的等效直徑............................31 3-8熱對流係數的計算[15]...............................31 3-9計算水側及空氣側的性質.............................32 3-10副程式流程圖......................................33 第四章 冰水盤管模擬程式的架構與設計方法...............34 4-1冰水盤管的假設條件.................................34 4-2主程式架構.........................................34 4-2.1輸入部分.........................................35 4-2.2決定迴路走向以及計算傳遞的方向...................35 4-2.3排與排的傳遞計算數值.............................36 4-2.4呼叫基本分割單元的計算程式完成熱交換計算.........36 4-2.5疊代過程.........................................36 4-2.6輸出計算結果於螢幕或列印出各單元進出口性質.......37 4-3基本分割單元副程式.................................37 4-3.1物理性質的計算...................................37 4-3.2計算空氣性質的程式...............................38 4-3.3水側及空氣側的性質...............................38 4-3.4乾溼通用冰水盤管估算性能的計算程式...............38 4-3.5輸出計算結果於螢幕或列印出各單元進出口性質.......38 第五章 結果與討論.....................................40 5-1 驗證程式的適用性..................................40 5-1.1 1m長的冰水盤管..................................40 5-1.2 4m長的冰水盤管..................................40 5-2比較兩排和三排冰水盤管的各種迴路安排下散熱能力的差異....................................................41 5-2.1從每排分割單元的散熱量去比較(Jmax=4).............41 5-2.2從分割單元每列的散熱量做比較(Jmax=4).............42 5-3 水溫度和空氣溫度變化..............................42 5-3.1水流方向的溫度變化...............................42 5-3.2空氣側的溫度變化.................................43 5-4 總散熱量比較(Jmax=4)..............................43 5-4.1 五排冰水盤管的散熱趨勢..........................44 5-4.2 五排冰水盤管的五個區段..........................44 第六章 結論與未來展望.................................46 6-1結論...............................................46 6-2 未來展望..........................................46 參考文獻..............................................48 圖表目錄 表1-1 凝結器與蒸發氣得分類............................50 表2-1 熱交換器熱交換效率..............................51 表3-1 材料的熱導係數k.................................52 表4-1 模擬程式ε值的使用...............................53 表5-1 模擬程式與驗證大迴路的ε值.......................54 表5-2 冰水盤管長度1m整體散熱計算值....................55 表5-3 冰水盤管長度1m分割成Imax=2, Jmax =1(圖6-1)的模擬值....................................................55 表5-4 冰水盤管長度1m分割成Imax=2, Jmax =2的模擬值.....55 表5-5 冰水盤管長度1m分割成Imax=2, Jmax =4的模擬值.....55 表5-6 冰水盤管長度1m分割成Imax=2, Jmax =8的模擬值.....56 表5-7 冰水盤管長度4m整體散熱計算值....................57 表5-8 冰水盤管長度4m分割成Imax=2, Jmax =1的模擬值.....57 表5-9 冰水盤管長度4m分割成Imax=2, Jmax =2的模擬值.....57 表5-10 冰水盤管長度4m分割成Imax=2, Jmax =4的模擬值....57 表5-11 冰水盤管長度4m分割成Imax=2, Jmax =8的模擬值....58 表5-12 冰水盤管1m和4m的殘值和驗證誤差.................58 表5-13 兩排冰水盤管各個分割單元的散熱量(Jmax =4)......59 表5-14 兩排冰水盤管每一排每一列散熱量(和circuit21比較)...................................................59 表5-15 比較circuit 12和21的散熱量計算差異.............60 表5-16 三排冰水盤管迴路123和132的溫度變化.............62 表5-17 三排冰水盤管迴路213和231的溫度變化.............64 表5-18 三排冰水盤管迴路321和312的溫度變化.............65 表5-19 三排冰水盤管circuit 123 和132(Jmax =4).......66 表5-20 三排冰水盤管circuit 213 和231(Jmax =4).......67 表5-21 三排冰水盤管circuit 312 和321(Jmax =4).........68 表5-22 三排冰水盤管各列的總散熱量比較(Jmax =4)........69 表5-23 三排冰水盤管各排的總散熱量比較(Jmax =4)........69 表5-24 三排冰水盤管各種水路安排的每排散熱量比較(Jmax =4)..................................................70 表5-25 兩排冰水盤管不同水路安排的散熱能力(Jmax=4).....72 表5-26 三排冰水盤管不同水路安排的散熱能力(Jmax=4).....72 表5-27 四排冰水盤管不同水路安排的散熱能力(Jmax =4)....72 表5-28 五排冰水盤管不同水路安排的散熱能力(Jmax =4)....74 圖1-1 盤管照片........................................78 圖1-2 Water-cooling coi照片...........................78 圖1-3 Water-coolingr coil.............................79 圖1-4 Water-cooling coil or Water-heating coil........79 圖1-5 驗證的盤管(參考[19])............................80 圖2-1濕度圖示意圖.....................................81 圖2-2濕度圖[1]........................................82 圖2-3空調過程.........................................83 圖2-4理想化盤管狀態曲線...............................84 圖2-5乾表面和濕表面的熱傳與質傳.......................84 圖2-6和濕空氣有關的熱傳...............................85 圖2-7空氣狀態朝濕面溫度的飽和線移動...................86 圖2-8基本冷卻與減溼盤管...............................86 圖2-9流路種類.........................................87 圖2-10冷熱流體的溫度變化示意圖........................87 圖3-1 計算程式考慮的總熱阻............................88 圖3-2 (a)圓形與方形散熱片示意圖.......................89 圖3-3 盤管的配置與參數................................90 圖3-4 散熱片..........................................90 圖3-5 將盤管分割成基本單元計算........................91 圖3-6 計算水路迴路A. B. C. D. E. F....................94 圖3-7 基本分割單元程式流程圖..........................95 圖4-1 Tube arrangements...............................96 圖4-2 啟動迴路的計算流向示意圖........................97 圖4-3 基本分割單元的走向(左右向)......................98 圖4-4 排與排的傳遞(上下走向)..........................99 圖5-1 與驗證的迴路的3視圖與分割圖....................100 圖5-1 與驗證的迴路的3視圖與分割圖....................100 圖5-2 將驗證的盤管分割成每排1個2個4個和8個...........101 圖5-3 1m長的冰水盤管每排分割成1、2、4、8和10個分割單元的 總散熱量與整體計算值的誤差(乾盤管)...................102 圖5-4 4m長的冰水盤管每排分割成1、2、4、8和10個分割單元的 總散熱量與整體計算值的誤差(乾盤管)...................102 圖5-5 三排冰水盤管進口到出口的水溫上升曲線(溼盤管)...103 圖5-6 出口13水溫的局部放大圖.........................104 圖5-7 前圖出口13水溫曲線圖重疊部分局部放大...........104 圖5-8 迴路123每列的空氣變化曲線圖....................105 圖5-9 迴路132每列的空氣變化曲線圖....................105 圖5-10 迴路213每列的空氣變化曲線圖...................106 圖5-11 迴路231每列的空氣變化曲線圖...................106 圖5-12 迴路312每列的空氣變化曲線圖...................107 圖5-13 迴路321每列的空氣變化曲線圖...................107 圖5-14 三排冰水盤管第1排的散熱能力大小（溼盤管）.....108 圖5-15 三排冰水盤管第2排的散熱能力大小（溼盤管）.....109 圖5-16 三排冰水盤管第3排的散熱能力大小比較（溼盤管）.110 圖5-17 三排冰水盤管每排各個散熱能力大小比較（溼盤管）111 圖5-18 三排冰水盤管的各列總散熱能力比較..............112 圖5-19 前一張圖的局部放大............................112 圖5-20 三排冰水盤管各排總散熱能力比較................113 圖5-21 前圖的第一排第二排第三排的局部放大圖..........113 圖5-22 迴路12和迴路21的總散熱量比較（溼盤管）........114 圖5-23 三排冰水盤管各種迴路安排的總散量圖（溼盤管）..114 圖5-24 四排冰水盤管的總散熱量圖（溼盤管）............115 圖5-25 五排冰水盤管所有可能迴路安排的總散熱量（溼盤管）.................................................116 符號說明 A 面積(Area, ) AA 間隔參數 C 熱容量（Heat capacity） 定壓比熱(Specific heat of constant pressure, ) CDF 凝結係數(Condensation factor) D 直徑(Diameter) DEPTH 盤管厚度 FA 空氣進入盤管的正面面積 G 質量流速(Mass velocity, ) h 焓(Ethalpy,J/kg) 空氣熱對流係數( ) 飽和液態水在溫度 時的焓 飽和水蒸氣的焓值 水在 時的氣化潛熱(Latent heat of vaporation)， J/kg I 電流(Ampera) k 熱導係數(Thermal conductivity, ) L 管長(Length,m) LMTD 對數平均溫差(Logarithmic mean temperature Difference) 質量流率(Mass flow rate,kg/s) m 質量(Mass) Nu Nusselt number, Ntu 熱交換單元數(Number of transfer unit) 管數(Number of tubes) P 壓力(Pressure,pa) Pr Prandtl number, Pr = 熱傳率(Heat transfer rate,watt) 單位面積的熱傳率 R 熱阻(Thermal resistance)、通用氣體常數 冷熱流體熱容量比例（Heat capacity ratio） RES 殘值(Residual) Re 雷諾數(Reynold number), RH 相對溼度(Relative humidity) T 溫度(Temperature) TDB 乾球溫度(Dry-bulk temperature) TWB 溼球溫度(Wet-bulk temperature) TDP 露點溫度(Dew point temperature) U 總熱傳係數 V 流體速度(Velocity) 氣體體積（Volume） v 比容(Specific volume) W 絕對溼度或溼度比(Absolute humidity，Humidity ratio) X 位置 希臘符號 動黏度(Kinematic viscosity, ) 黏滯係數(Viscosity, ) 密度(Density,kg/ ) 變化值（Differnece） 熱擴散係數（Coefficient of thermal diffusivity） 盤管的參數 效率(Efficiency) 熱交換器的有效度 下標符號 a 空氣 atm 大氣空氣 c 熱對流（Convection）或冷流體（Cold fluid） core 空氣進入盤管內 eq 等效（Equivalent） ff 汙垢係數(Fouling factor) front 空氣未進入盤管前 h 熱流體（Hot fluid） i,in 內側或濕表面介面(Interface)、入口端(Inlet) L 潛熱(Latent) m 乾空氣加水蒸氣的混合物(Mixed)或平均值（Mean value） min 最小值(Minimum) max 最大值(Maximum) new 新值 old 舊值 o,out 參考點或外部(Outside)、出口處(Outlet) p 固定壓力下 基部外散熱表面積，即不包含散熱片面積的散熱面積 tube 管子 s 飽和狀態(Saturated state)或表面(Surface)或顯熱 (Sensible heat) t 總和（Total） w 水(Water)