臺灣博碩士論文加值系統

熱氣泡式微泵浦已經廣泛的被應用於噴墨印表機上，由於特有的微小體積，簡單的泵浦機械裝置及低製造成本，且能精準控制噴出液滴和應用於其他裝置，如PLED、DDS及燃油霧化噴射等裝置，所以將可其特性運用成規則且良好的霧化裝置。在本研究中，將針對熱氣泡式微泵浦建立不同外部環境下三維內外流場之熱流分析模型，以掌握微泵浦流體系統之設計要素，藉以日後研究及應用之參考依據。研究中利用微系統領域常用的計算流體力學分析軟體（CFD-RC）進行相關分析工作，藉以模擬陣列微泵浦之噴射液滴速度、形狀、軌跡、微泵浦內部流場及液滴噴射後的微泵浦工作流體回補情況，同時也將搭配實驗觀測據以驗證分析結果。研究標的為：微泵浦作動頻率範圍為5kHz，微泵浦在外部環境常溫及高溫下，外部空氣處於靜止及具15.0m/sec流速情況時噴射特性分析，液體及外界氣體為不可壓縮流體，統御方程式為質量、動量守恆方程式及能量守恆方程式，並利用Volume-Of-Fluid(VOF)方法描述噴出液滴的顆粒大小及運動軌跡。使用Finite Volume方法對統御方程式進行離散化，並利用Pressure Based SIMPLEC algorithm進行求解。結果顯示，數值模擬方面，分別探討出流體不同、陣列噴射、外界空氣流速及外部高溫的影響，並得知在燃油霧化噴射系統中，低速運轉時，乾洗油液滴流速約為16.0m/s，水液滴流速約為15.0m/s；高速運轉時，乾洗油液滴流速約為16.0m/s，水液滴流速約為14.0m/s，且其回補率皆97﹪以上。實驗觀測方面，得知電壓值約26V時、頻率約5KHz時及波寬值約為4~5µs時皆會產生較大流量，並觀測到乾洗油液滴串速度為17.0m/sec及離噴孔1000µm以上的行徑軌跡。

In the research study, the commonly used analytical software in computational fluid dynamics, CFD-RC, was employed to analyze the simulated droplet injection speed, shape, motion path, internal flow of the micropump, and replenishing rate of the working fluid in the micropump after the injection. The observed data from the experiments would be used to confirm the analysis results. The objective of this study was to analyze the injection characteristics of the micropump under ambient temperature, high temperature, and still air at 15m/sec flow speed, given that the micropump motion frequency was 5kHz. The fluid and external gas were incompressible fluids, the governing equation was mass and momentum conservation equation and the energy conservation equation. Volume-Of-Fluid (VOF) method was used to describe the size and motion path of the droplets. Finite Volume method was used, and Pressure Based SIMPLEC algorithm was employed for solution. Studying the impact of varied fluid, array injection, external air flow, and external high temperature, the results showed that the flow speed of Stoddard solvent droplet was 16.0m/s and the water droplet was 15.0m/s at low external air flow, and the flow speed of Stoddard solvent droplet was 16.0m/s and the water droplet was 14.0m/s at high external air flow in the fuel atomizer injection system. The replenishing rate was 97%. Based on the observation data, a larger flow rate was generated when the voltage was 26V, the frequency was 5KHz, and the bandwidth was 4~5µs, the Stoddard solvent droplet was 17m/sec, the motion path at 1000µm away from the injection hole.

中文摘要
英文摘要
誌謝
目錄
表目錄
圖目錄
第一章 緒論
1.1　研究背景
1.2　研究動機
1.3　文獻與技術回顧
第二章 理論模式與數值方法
2.1　熱泡式微泵浦作動
2.2　數值計算
2.2.1 計算分析軟體說明
2.2.2 起始條件與邊界條件
2.2.3 氣泡成長機制
2.2.4 數值模擬計算網格建構
2.2.4.1 二維模擬數值計算網格
2.2.4.2 三維模擬數值計算網格
2.2.5 數值模擬方法驗證
第三章 數值模擬結果與討論
3.1　工作流體的效應
3.1.1液滴串噴出之顆粒形狀及運動軌跡
3.1.2液體回補情況
3.2　側吹風速的效應
3.2.1液滴串噴出之顆粒形狀及運動軌跡
3.2.2液體回補情況
3.3　陣列噴射交互作用的效應
3.3.1液滴串噴出之顆粒形狀及運動軌跡
3.3.2液滴串噴出噴孔後的交互作用
3.3.3液體回補情況
3.4　外部高溫環境的效應
3.4.1液滴串噴出之顆粒形狀及運動軌跡
3.4.2液體回補情況
3.5　微泵浦在燃油霧化噴射系統中之比較
3.5.1機車燃油霧化噴射系統低速運轉
3.5.1.1液滴串噴出之顆粒形狀及運動軌跡
3.5.1.2液體回補情況
3.5.2機車燃油霧化噴射系統高速運轉
3.5.2.1液滴串噴出之顆粒形狀及運動軌跡
3.5.2.2液體回補情況
第四章 實驗量測設備、方法與結果驗證
4.1　實驗量測設備簡介
4.2　微液滴觀測技術
4.2.1微液滴觀測現況與做法
4.2.1.1同步高頻閃光攝影
4.2.1.2高速攝影機
4.2.2本次研究採用之微液滴觀測技術
4.2.2.1多次同步閃光技術
4.2.2.2同步多次閃光控制器
4.2.2.3影像擷取與控制
4.3　流量量測技術
4.4　實驗結果與討論
4.4.1驅動電壓對流量的效應
4.4.2驅動頻率對流量的效應
4.4.3驅動波寬對流量的效應
4.4.4液滴串噴出過程觀測
第五章 結論
參考文獻
附錄A 數值模擬所採用的熱傳參數
符號彙編

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