II实验方法-ctuedutw.DOC

鄭澤明 曾憲中* 楊博鈞 蔣光翔 建國科技大學機械系 建國科技大學機械系 建國科技大學機械系 建國科技大學機械系 彰化市介壽北路1號 彰化市介壽北路1號 彰化市介壽北路1號 彰化市介壽北路1號 tmjeng@.tw tsc@.tw jordan12873@.tw mas9636@.tw 摘要 汽車通風煞車碟徑向旋轉漸張矩形通道之熱傳實驗研究 汽車通風煞車盤的通氣通道多係徑向向外直通道，且通道截面隨徑向漸張，本研究以實驗方法探討徑向向外之漸張矩形通道在靜止與旋轉狀態下的熱傳特性，固定主流雷諾數Re=4867，變動旋轉數Ro=0、0.7、0.97，實驗結果發現各壁面之局部紐塞數(Nu)沿徑向遞減，當系統在靜止狀態時(Ro=0)，通道之各壁面之Nu相同，而當系統處於旋轉狀態時(Ro=0.7、0.97)，則壓力面側壁之Nu會高於底壁面、底壁面之Nu則又高於吸力面側壁，且隨Ro值愈大，此現象愈顯著。本研究之相關結果可以做為後續改良通風煞車盤的散熱通道構型與設計煞車盤廢熱回收熱電轉換系統的參考。 關鍵字：通風煞車盤、、。 盤煞的煞車碟為一圓盤物，隨著車子行進而轉動，制動卡鉗則是用來夾住煞車碟而產生制動力，相對旋轉的煞車碟，制動卡鉗是固定不動的，當踩煞車時，制動卡鉗可夾住煞車碟而達到減速或者停車的作用。盤式煞車碟分為實心碟（單片盤）與通風碟（雙片盤）。通風碟（Vented Disc）具有透風功效，在其圓周上有許多徑向排列的通道，稱為風道，汽車在行駛中經由風道達到空氣對流散熱的目的，比實心碟散熱效果要好許多。通風碟又分為一般通風碟、鑽孔通風碟、劃線通風碟、及鑽孔劃線通風碟。隨著熱電技術的開發，目前將熱轉換為電能之效率已有所提升，因此相關熱電晶片的應用與研究也愈來愈受重視，汽車煞車碟能對熱電晶片的溫差發電提供良好的運用環境，使熱電晶片的冷、熱端的溫差愈大，愈能提升發電功率，設法增強通風碟的散熱性能不但可以確保其煞車功能，更可以降低熱電晶片的冷端溫度，值得進一步深入研究及技術開發。 汽機車是目前人們最重要的交通工具，在綠能風潮之下，如何使汽機車產生的廢熱能回收再利用是汽車業與科學家努力的重要課題之一。汽機車產生的廢熱能主要來自引擎，除此之外，煞車碟在致動時產生的廢熱損失也相當可觀，尤其煞車碟產生的廢熱會導致高溫，影響煞車碟的功能，有效散熱對煞車碟的穩定操作是重要的，因此，利用熱流工程開發出更有效的煞車碟冷卻設計在工業應用與學術研究上就很有價值，成功的設計要能同時達到有效散熱與熱能擷取回收再利用的目的，將煞車廢熱轉換為有用的電能，在能源取得不易且日益昂貴的今日，節省能源的設計將是未來的趨勢。 Parish與MacManus [1]強調通風煞車碟的轉動通道內的流動氣動力特性對整體熱傳的影響很大，因此他們以實驗方法探討煞車碟通道幾何形狀及轉速對平均流速與紊流強度的影響，通道出口端噴出之氣流及渦流特性清楚的被觀察，同時也定義了高紊流強度與低紊流強度區，結果還指出煞車碟通道的氣動力特徵較不受轉速的影響，但通道幾何外型對氣動力特徵的影響則甚為可觀。McPhee與Johnson [2]以實驗與分析方法探討通風煞車碟的對流熱傳，他們量測通風煞車碟風道內的對流熱傳及轉盤外部的對流熱傳，結果指出當轉速為342、684與1025rpm時，風道內之熱傳係數分別為27、52.7與78.3W/m2/K，在轉速342rpm時，內部對流熱傳佔整體熱傳量的45.5%，當轉速為1025rpm時，所佔比例增加為55.4%，他們同時利用粒子影像測速計（PIV，particle image velocmetry）觀測流場，發現風道中具有明顯的入口效益及風道的吸力面（suction side）處出現顯著的迴流。Tirovic [3]提出一種改良的軌道車用煞車碟設計，此新穎之通風煞車碟具有徑向導流葉片及外圍環佈柱狀物，此設計經證實與具切向導流葉片之通風煞車碟具有相同的冷卻效果，但氣動力壓力損失減少50%。Adamowic 與 Grzes [4, 5]以數值模擬方法探討在反覆煞車過程中實心煞車碟的熱傳模式，他們利用在煞車碟上施以非均勻的熱邊界條件來模擬煞車制動時煞車墊片局部夾持煞車碟的情形，結果指出在煞車制動時，對流熱傳對煞車碟上的溫度分布沒有顯著影響，然而，在釋放煞車制動後，若能保持相同轉速，則煞車碟的溫度將明顯下降。Bolhocine與Bouchetara [6, 7]運用商用軟體ANSYS分析實心煞車碟與通風煞車碟在煞車制動過程中的溫度分布，同時與以往文獻相比較，確認其數學模型的正確性，煞車是一種將動能轉換為熱能的過程，因此，在煞車過程中煞車碟的溫度會上升，他們的研究釐清煞車類型、煞車碟的材質與幾何設計等等因素對整體熱傳遞特性的影響。[8]提到由於接觸表面的不連續性與