受科氏力影響下渦漩與熱邊界層之交互作用

Abstract

本論文之實驗設計乃在一旋轉水槽上，置入一均勻加熱的圓形加熱面(直徑12cm)，並利用渦漩產生機構產生一單一渦漩於圓形加熱面上，觀察渦漩和熱邊界層之交互作用，流場的觀測乃利用染料注入法做定性的觀測，影像處理方法(PTV)做流場的定量分析，溫度場的量測則是利用熱電偶的定點量測和程式的後續資料處理，建立三維時空分布之熱流場變化情形。 本文之討論點乃著重在渦漩和熱邊界層之交互作用，首先先了解在旋轉背景的條件下，熱邊界層的生成至達穩態後之溫度場及流場的情形，期望對一在有加熱環境下所形成之背景流場及溫度場做一了解，接著在熱邊界層達穩態的初始條件下，產生一渦漩，觀察渦漩影響熱邊界層的變化情形，並做一討論。除此之外，熱邊界層的產生亦影響渦漩之熱力結構上的變化情形，本文亦將針對溫度場隨時間變化之資料做一分析討論。流場的部分乃利用雷射光頁顯影、PTV的影像分析方法得到特定高度之切線速度和渦度值，比較在有無熱邊界層存在下，渦漩之強度變化，最後亦比較在不同Rossby number的條件下其結果的差異。 本論文之討論點將以實驗設計所得之資料立討論點，並以相關文獻、理論之結果做一比較分析。