臺灣博碩士論文加值系統

本文主要是探討在不同仰角下之透明突縮突擴管內，使用氮氣驅動非牛頓流體所產生之流動特性。本研究將氮氣注入於透明突縮突擴管，使得形成之一長氣泡來驅動管內之非牛頓流體，探討非牛頓流體之穿透行為，以及相關實驗參數的比較。
本文藉由影像系統，搭配仰角、氮氣流量、實驗流體黏度的不同以及突縮突擴之角度等參數，進行一系列的實驗。並探討長氣泡通過突縮突擴管之殘留率變化。
實驗結果顯示當仰角減小、氮氣流量增加、流體黏度增加的情況下，長氣泡在圓管內的速度將會增加，導致突縮突擴段之殘留率變大，而毛細係數也呈現增加的趨勢。而突縮突擴之夾角變化對於速度並無明顯的效應。若以高流率氣體通過高黏度流體時，可以發現其殘留率最高可趨近於0.60左右，低黏度則為0.43左右。而注入氣體的流量增加，也會使得毛細係數及威森堡數皆呈現增加的趨勢，且二者呈現線性關係。

The flow behaviors of Non-Newtonian fluids driven by a long Nitrogen gas bubble in an inclined tube with a sudden contraction and a sudden expansion are investigated. Behaviors of Non-Newtonian fluids due to gas penetration, and relationships between some related parameters are recorded and studied.
The bubble patterns are captured by a video capture device (DV). The controlling variables of experiments are the inclined angle, the volumetric flow rate of Nitrogen, the viscosity of experimental fluids and the sudden changed angles of the contraction and expansion portion in the circular tube.
The experimental results showed that when the inclined angle decreases, as well as the volumetric flow rate of Nitrogen and the fluid viscosity increase, the velocity of the long bubble increases, which in turn, causing increases of the fractional coverage and the Capillary number. The angles of the sudden contraction and the sudden expansion of the circular tube have no apparent effects on the bubble penetration velocity. With a higher volumetric gas flow rate penetrates higher viscous fluids, the results indicated that the fractional coverage approaches 0.6 while the Capillary number increases. However, for lower viscous fluids, the fractional coverage obtained in the present experiments only reaches 0.43. An increase of the penetration gas velocity also causes increases of the Capillary number and the Weissenberg number. In addition, it showed that the relationship between both parameters is nearly linear.

中文摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 IV
目錄 VI
圖目錄 X
表目錄 XIV
符號說明 XV
第一章 導論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機 1
1.3塑膠射出成型製程簡介 2
1.3.1傳統塑膠射出成型製程 2
1.3.2氣體輔助射出成型製程 4
1.4文獻回顧 6
1.5論文架構 9
第二章 實驗設備與方法 11
2.1 實驗流程 11
2.2 實驗系統架構 13
2.3 實驗設備 15
2.3.1實驗系統元件 15
2.3.2氣體與壓力控制單元 15
2.3.3質量控制器與電源供應器 16
2.3.4光源 18
2.3.5影像拍攝系統 19
2.3.6相機固定架 19
2.3.7角度傾斜架 20
2.3.8觀測視窗 21
2.3.9實驗流體 22
2.4實驗方法與步驟 28
2.4.1 量測物件定位與流體充填 28
2.4.2 CASIO EX-F1高速相機的架設及光源的調整 29
2.4.3充氣與流量控制 30
2.4.4影像處理 31
2.5實驗參數的設定 31
2.5.1速度 32
2.5.2殘留率 32
2.5.3毛細係數 33
2.5.4威森堡數 33
2.6實驗誤差分析 34
第三章 實驗結果與討論 36
3.1速度 36
3.2 殘留率與毛細係數 43
3.3毛細係數與威森堡數 45
3.4實驗結果分析 59
第四章 結論 60
第五章 未來展望與建議 62
參考文獻 63
附錄一 67
附錄二 73

圖目錄
圖1-1 傳統射出成型以及氣體輔助射出成型之示意圖 3
圖1-2 氣體輔助射出成型之示意圖 6
圖2-1 實驗流程圖 12
圖2-2 實驗系統示意圖 14
圖2-3 實驗架構圖 15
圖2-4 99.9%高純度氮氣 16
圖2-5 Brooks 5850E 質量控制器 17
圖2-6 電源供應器 17
圖2-7 一般電子式標準檯燈 18
圖2-8 CASIO EX-F1高速相機 19
圖2-9 相機固定架 20
圖2-10 角度傾斜架 21
圖2-11 透明玻璃突縮突擴圓管 22
圖2-12 DST30 數位式表面張力計 23
圖2-13 DA-130N 手持式密度計/比重計 24
圖2-14 Gemini Rheometer (Gemini HR nano) 24
圖2-15 剪黏度-剪應變率與Carreau-Yasuda model擬合曲線圖 27
圖2-16 第一法向應力差-剪應變率圖 27
圖2-17 水平儀 27
圖2-18 CASIO EX-F1高速相機固定於相機固定架之架設圖 29
圖2-19 壓力表 30
圖2-20 影像處理前後示意圖 31
圖2-21 氣泡寬度與管徑寬度示意圖 33
圖3-1 突縮突擴30度0.5% PAS位置與速度關係圖 37
圖3-2 突縮突擴60度0.5% PAS位置與速度關係圖 38
圖3-3 突縮突擴30度0.5% PAA位置與速度關係圖 38
圖3-4 突縮突擴60度0.5% PAA位置與速度關係圖 39
圖3-5 突縮突擴30度1.0% PAS位置與速度關係圖 39
圖3-6 突縮突擴60度1.0% PAS位置與速度關係圖 40
圖3-7 突縮突擴30度1.0% PAA位置與速度關係圖 40
圖3-8 突縮突擴60度1.0% PAA位置與速度關係圖 41
圖3-9 突縮突擴30度1.5% PAS位置與速度關係圖 41
圖3-10 突縮突擴60度1.5% PAS位置與速度關係圖 42
圖3-11 突縮突擴30度1.5% PAA位置與速度關係圖 42
圖3-12 突縮突擴60度1.5% PAA位置與速度關係圖 43
圖3-13 非牛頓流體之Ca對應m之變化圖 45
圖3-14 突縮突擴30度0.5% PAS Ca對應Wi之分布圖 47
圖3-15 突縮突擴60度0.5% PAS Ca對應Wi之分布圖 48
圖3-16 突縮突擴30度0.5% PAA Ca對應Wi之分布圖 49
圖3-17 突縮突擴60度0.5% PAA Ca對應Wi之分布圖 50
圖3-18 突縮突擴30度1.0% PAS Ca對應Wi之分布圖 51
圖3-19 突縮突擴60度1.0% PAS Ca對應Wi之分布圖 52
圖3-20 突縮突擴30度1.0% PAA Ca對應Wi之分布圖 53
圖3-21 突縮突擴60度1.0% PAA Ca對應Wi之分布圖 54
圖3-22 突縮突擴30度1.5% PAS Ca對應Wi之分布圖 55
圖3-23 突縮突擴60度1.5% PAS Ca對應Wi之分布圖 56
圖3-24 突縮突擴30度1.5% PAA Ca對應Wi之分布圖 57
圖3-25 突縮突擴60度1.5% PAA Ca對應Wi之分布圖 58
附圖1 長氣泡在30度透明突縮突擴圓管內穿透之現象 67
附圖2 長氣泡在30度透明突縮突擴圓管內穿透之現象 68
附圖3 長氣泡在30度透明突縮突擴圓管內穿透之現象 69
附圖4 長氣泡在60度透明突縮突擴圓管內穿透之現象 70
附圖5 長氣泡在60度透明突縮突擴圓管內穿透之現象 71
附圖6 長氣泡在60度透明突縮突擴圓管內穿透之現象 72

表目錄
表2-1 Physical properties of non-Newtonian fluids –Surface tension 25
表2-2 Physical properties of non-Newtonian fluids –Density 26
表4-1 長氣泡在突縮突擴管內之穿透現象與其實驗參數之關係 61

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