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研究生:何正義
研究生(外文):HE, ZHENG-YI
論文名稱:高能量鑽孔過程之研究
論文名稱(外文):Mechanism of a high energy density beam penetration process
指導教授:魏蓬生
指導教授(外文):WEI, PENG-SHENG
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1988
畢業學年度:76
語文別:中文
論文頁數:37
中文關鍵詞:高能量鑽孔電子束能量溫度場擬穩定狀態過渡鬆弛法
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本研究探討高能量電子束穿透過程中洞穴之形成、液層之厚度、工作物件內部能量之
消長以及穿透速度與電子束能量、能量密度半徑之數量化關係等;同時亦分析穿透速
度劇升之現象以及一維蒸發模式之偏差。
研究之模式假設為軸對稱、擬穩定狀態、電子束能量呈高斯分佈,同時忽略洞穴內液
體之靜壓以及流動之效應(Peclet 常數經估算約為1) 。在汽液相接觸面之法線方向
考慮蒸氣壓力與表面張力之平衡。
邊界條件中,汽液相接觸面仍屬未知;而其預測之正確與否,不僅牽涉到整個溫度場
分佈、液層厚度;對於工作物件內部能量之計算、穿透速度之變化亦有極大之影響。
本文內之方程式及邊界條件經座標轉換成擬穩定狀態,同時予以無因次化分析。差分
方式採中央(central) 及後退(backward)差分,格子點距離採不等間隔分配以節省計
算時間及避免佔用電腦過多之空間;至於數值之計算則使用過度鬆弛法(successive
overrelaxation method)並配合最佳化Box 之原理逐一尋找誤差最小之答案。
經計算結果顯示,洞穴之形成主要原因為固態之熔化以及表面張力將液體往上拉動所
致。計算所得之穿透速度與Ellman(1965)實驗值相比較發現極為吻合誤差在8
%以內。同時當電子束能量增加或能量密度減小時,計算所得之現象如洞穴形狀愈窄
、液層愈薄、工作物件溫度梯度變大、穿透速度增加等;此不但與實驗值極為吻合,
與物理現象也是一致的。
本研究之結果對高能量電子束穿透過程之複雜現象有更深入、清晰之瞭解,相信對後
續之研究必有相當之助益。

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