臺灣國際科展

探討旋轉流中垂直熱對流造成流場變化之性質

科展類別
臺灣國際科展作品
屆次
2020年
科別
物理與天文學
得獎情形
四等獎
學校名稱
臺北市立建國高級中學
指導老師
杜其永;曾靖夫
作者
賀崇恩;鄭益樺
關鍵字
PIV攝影、垂直對流、旋轉渦流(rotational vortex)

摘要或動機

本研究發現並探討冰在旋轉流中快速融化時自轉加速的現象,甚至比驅動旋轉流的速度快。根據文獻[1][2],近轉軸流場速度增快的現象可以基本流體力學方程式計算、解釋並討論,但對邊界條件處理、影響的參數無深入探究,其中熱對流模型控制應影響實驗結果。 本文透過自製實驗裝置,就驅動角速度、對流模型、對流速度等變因實驗探討這類旋轉流中因垂直對流引發「近轉軸處加速旋轉」對流流場性質,並用黏滯力、邊界及初始條件及PIV法攝影結果進行數據討論及驗證。實驗顯示自製三式熱對流模型、初始條件及液體性質是重要影響因素,明顯影響模型轉速-時間曲線趨勢;研究也成功利用PIV法攝影結果及數值模擬繪製出明顯近軸液體加速轉動時的流動結構並分析流場變化原理。本文期望對相關流體力學及工程方面問題有所助益,例如應用於渦流消除。


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