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研究生:楊士弘
研究生(外文):Yang Shih-Hung
論文名稱:微型噴嘴噴霧特性與幾何參數研究
論文名稱(外文):Laser Diagnosis and Goemetry Parameter Study on Micro-Atomizers
指導教授:楊鏡堂楊鏡堂引用關係
指導教授(外文):J. T. Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:196
中文關鍵詞:微製程噴嘴霧化
外文關鍵詞:Micro-machiningatomizersprayLIGA
相關次數:
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摘 要
本論文主旨以實驗方法討論應用微機電製造技術所製成之微噴嘴的霧化特性,並探討微噴嘴的幾何形狀以及尺寸,對霧化效果的影響。實驗分析內容包括定性的噴霧流場觀測與定量的噴霧特性量測,定性的噴霧流場觀測以雷射切面來觀測流場的動態變化,定量的噴霧特型量測利用相位都卜勒粒徑分析儀(PDPA)量測噴霧粒徑大小、速度分布等定量之數據。
由於噴霧流場結構主要受噴嘴內部流道的幾何尺度參數所影響,所以針對直型流道與弧形流道兩種不同流道形狀的微噴嘴、微噴嘴本體厚度的不同,以及不同大小的噴孔等不同的幾何參數,來進行量測與分析。實驗結果發現,弧形流道會更多的渦旋效應,所以會有比直型流道有更好的物化效果。微噴嘴內部渦旋腔長度/直徑比最適當的設計範圍在0.5~2.75,太大摩擦損耗會增加,太小則無法使液體有足夠的渦旋效應,微噴嘴噴孔長度/直徑比則是因為液體在通過此區時會有很大的摩擦損耗,所以希望此比值愈小愈好。在論文結論中並建立噴嘴的幾何尺寸對噴嘴霧化特性影響的模型,以進一步找出噴嘴內部最佳幾何形狀之設計。期望藉由實驗所得之驗證來提供未來新型微噴嘴設計的參考。

目 錄
摘要 I
致謝 II
目錄 III
圖表目錄 VI
符號說明 XIV
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
2-1霧化機制與噴霧特性 5
2-1.1 霧化機制……………………………………………5
2-1.2 噴霧特性與量測方法……………………………..8
2-2 傳統噴嘴型式之設計 12
2-3 微噴嘴之設計 14
2-4 噴嘴內部流道之幾何參數研究 16
2-5 液滴粒徑與速度診測之技術 18
第三章 微噴嘴之研製與測試方法 21
3-1 微噴嘴之研製 22
3-1.1 噴嘴設計 22
3-1.2 製程 22
3-2 實驗裝置 23
3-2.1 流體供應系統 23
3-2.2 測試區 23
3-2.3 抽氣吸油裝置 24
3-3 量測儀器 24
3-3.1 雷射切面 24
3-3.2 高速攝影系統 24
3-3.3 雷射都卜勒測速儀 25
3-4量測驗證 30
3-5 實驗方法 30
3-6 訊號處理與辨識 31
3-6.1 訊號處理 31
3-6.2 訊號辨別 32
第四章 測試結果與討論 34
4-1 噴油量、噴嘴流數(flow number)及
噴射係數(discharge coefficient) 35
4-2 噴霧特性與流場分析 37
4-2.1開放空間中噴霧之流場觀測結果 38
4-2.2 PDA光學定量量測 39
第五章 幾何參數對噴霧特性之影響 53
5-1幾何尺寸變化對噴嘴流數、噴射係數之影響 53
5-2幾何尺寸變化對噴霧錐角之影響 55
5-3 PWA型微噴嘴不同流道形狀對噴霧特性之影響 57
5-4 PWB型微噴嘴不同流道形狀對噴霧特性之影響 58
5-5直型流道微噴嘴不同厚度對噴霧特性之影響 59
5-6弧形流道微噴嘴不同厚度對噴霧特性之影響 61
第六章 結論與展望 64
6-1結論 64
6-2微噴嘴應用評估 66
6-3未來展望 67
第七章 參考文獻 68
圖表目錄
表3-1 PDA光學參數 71
表4-1 各型噴嘴噴油量測試 72
表4-2 各型噴嘴之噴嘴流數 72
表4-3 各型噴嘴之噴射係數 73
表4-4 各型噴嘴之出口速度 73
表5-1 各型噴嘴幾何參數比較 74
圖3-1 實驗步驟流程圖 75
圖3-2 實驗系統管路配置圖 76
圖3-3 微噴嘴設計概念圖 77
圖3-4 微噴嘴LIGA製程流程圖 78
圖3-5 微噴嘴實體圖 79
圖3-6 微噴嘴組裝示意圖 80
圖3-7 實驗測試區架設圖 81
圖3-8 噴霧流場觀測示意圖 82
圖3-9 PDA光學儀器實體圖 83
圖3-10 PDA粒徑校正圖 84
圖3-11 PDA與LDV之水平速度驗證圖 85
圖3-12 PWA直型流道微噴嘴出口三個截面之對稱性分析圖 86
圖3-13 PWA弧型流道微噴嘴出口三個截面之對稱性分析圖 87
圖3-14 PWB直型流道微噴嘴出口三個截面之對稱性分析圖 88
圖3-15 PWB弧型流道微噴嘴出口三個截面之對稱性分析圖 89
圖3-16 開放空間之量測隔點座標示意圖 90
圖4-1 微噴嘴實體圖 91
圖4-2 微噴嘴幾何參數示意圖 92
圖4-3 噴油流量量測結果 93
圖4-4 噴嘴流數比較圖 93
圖4-5 噴射係數比較圖 94
圖4-6 噴嘴出口速度比較圖 94
圖4-7 PW1 直型流道微噴嘴噴霧流場觀測圖 95
圖4-8 PW1 弧型流道微噴嘴噴霧流場觀測圖 96
圖4-9 PWA 直型流道微噴嘴噴霧流場觀測圖 97
圖4-10 PWA 弧型流道微噴嘴噴霧流場觀測圖 98
圖4-11 PWB直型流道微噴嘴噴霧流場觀測圖 99
圖4-12 PWB 弧形流道微噴嘴噴霧流場觀測圖 100
圖4-13 ATO1與ATO2型微噴嘴表面粗糙度觀測 101
圖4-14 PW1型微噴嘴表面粗糙度觀測 102
圖4-15 ATO1與ATO2型微噴嘴表面粗糙度量測 103
圖4-16 PW1型微噴嘴表面粗糙度量測 104
圖4-17 各型噴嘴之噴霧錐角比較圖 105
圖4-18 採樣數目與其誤差分析圖 106
圖4-19 量測值之重複性分析 107
圖4-20 PWA 直型流道微噴嘴噴油壓力5bar之平均粒徑值(d32)分布圖 108
圖4-21 PWA 直型流道微噴嘴噴油壓力10bar之平均粒徑值(d32)分布圖 109
圖4-22 PWA 直型流道微噴嘴噴油壓力15bar之平均粒徑值(d32)分布圖 110
圖4-23 PWA 直型流道微噴嘴噴油壓力5bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 111
圖4-24 PWA 直型流道微噴嘴噴油壓力10bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 112
圖4-25 PWA 直型流道微噴嘴噴油壓力15bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 113
圖4-26 PWA 直型流道微噴嘴不同軸向截面位置之平均粒徑值比較圖 114
圖4-27 PWA 直型流道微噴嘴不同軸向截面位置之平均粒徑擾動值比較圖 115
圖4-28 PWA 弧型流道微噴嘴噴油壓力5 bar之平均粒徑值(d32)分布圖 116
圖4-29 PWA 弧型流道微噴嘴噴油壓力10 bar之平均粒徑值(d32)分布圖 117
圖4-30 PWA 弧型流道微噴嘴噴油壓力15 bar之平均粒徑值(d32)分布圖 118
圖4-31 PWA 弧型流道微噴嘴噴油壓力5 bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 119
圖4-32 PWA 弧型流道微噴嘴噴油壓力10 bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 120
圖4-33 PWA 弧型流道微噴嘴噴油壓力15 bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 121
圖4-34 PWA 弧型流道微噴嘴噴在不同軸向截面位置之平均粒徑值比較圖 122
圖4-35 PWA 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之平均粒徑擾動值比較圖 123
圖4-36 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力5 bar之平均粒徑值(d32) 分布圖 124
圖4-37 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力10 bar之平均粒徑值(d32) 分布圖 125
圖4-38 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力15 bar之平均粒徑值(d32) 分布圖 126
圖4-39 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力5 bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 127
圖4-40 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力10 bar之平均粒徑擾動值(drms) 分布圖 128
圖4-41 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力15 bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 129
圖4-42 PWB 直型流道微噴嘴噴在不同軸向截面位置之平均粒徑值比較圖 130
圖4-43 PWB 直型流道微噴嘴噴在不同軸向截面位置之平均粒徑擾動值圖 131
圖4-44 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力5 bar之平均粒徑值(d32)分布圖 132
圖4-45 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力10 bar之平均粒徑值(d32)分布圖 133
圖4-46 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力15 bar之平均粒徑值(d32)分布圖 134
圖4-47 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力5 bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 135
圖4-48 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力10 bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 136
圖4-49 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力15 bar之平均粒徑擾動值(drms)分布圖 137
圖4-50 PWB 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之平均粒徑值比較圖 138
圖4-51 PWB 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之平均粒徑值擾動量比較圖 139
圖4-52 PWA 直形流道微噴嘴噴油壓力5 bar之速度向量圖 140
圖4-53 PWA 直形流道微噴嘴噴油壓力10 bar之速度向量圖 141
圖4-54 PWA 直形流道微噴嘴噴油壓力15 bar之速度向量圖 142
圖4-55 PWA 直形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之徑向速度值比較圖 143
圖4-56 PWA 直形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之徑向速度擾動值比較圖 144
圖4-57 PWA 直形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之軸向速度值比較圖 145
圖4-58 PWA 直形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之軸向速度擾動值比較圖 146
圖4-59 PWA 弧形流道微噴嘴噴油壓力5 bar之速度向量圖 147
圖4-60 PWA 弧形流道微噴嘴噴油壓力10 bar之速度向量圖 148
圖4-61 PWA 弧形流道微噴嘴噴油壓力15 bar之速度向量圖 149
圖4-62 PWA 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之徑向速度值比較圖 150
圖4-63 PWA 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之徑向速度擾動值比較圖 151
圖4-64 PWA 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之軸向速度值比較圖 152
圖4-65 PWA 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之軸向速度擾動值比較圖 153
圖4-66 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力5 bar之速度向量圖 154
圖4-67 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力10 bar之速度向量圖 155
圖4-68 PWB 直形流道微噴嘴噴油壓力15 bar之速度向量圖 156
圖4-69 PWB 直形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之徑向速度值比較圖 157
圖4-70 PWB 直形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之徑向速度擾動值比較圖 158
圖4-71 PWB 直形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之軸向速度值比較圖 159
圖4-72 PWB 直形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之軸向速度擾動值比較圖 160
圖4-73 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力5 bar之速度向量圖 161
圖4-74 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力10 bar之速度向量圖 162
圖4-75 PWB 弧形流道微噴嘴噴油壓力15 bar之速度向量圖 163
圖4-76 PWB 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之徑向速度值比較圖 164
圖4-77 PWB 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之徑向速度擾動值比較圖 165
圖4-78 PWB 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之軸向速度值比較圖 166
圖4-79 PWB 弧形流道微噴嘴在不同軸向截面位置之軸向速度擾動值比較圖 167
圖4-80 噴霧流場空間發展圖 168
圖5-1 噴射係數理論與實際值之比較圖 169
圖5-2 PWA 型微噴嘴不同流道形狀之平均粒徑值比較圖 170
圖5-3 PWA 型微噴嘴不同流道形狀之平均粒徑擾動值比較圖 171
圖5-4 PWA 型微噴嘴不同流道形狀之徑向速度值比較圖 172
圖5-5 PWA 型微噴嘴不同流道形狀之徑向速度擾動值比較圖 173
圖5-6 PWA 型微噴嘴不同流道形狀之軸向速度值比較圖 174
圖5-7 PWA 型微噴嘴不同流道形狀之軸向速度擾動值比較圖 175
圖5-8 PWB 型微噴嘴不同流道形狀之平均粒徑值比較圖 176
圖5-9 PWB 型微噴嘴不同流道形狀之平均粒徑擾動值比較圖 177
圖5-10 PWB 型微噴嘴不同流道形狀之徑向速度值比較圖 178
圖5-11 PWB 型微噴嘴不同流道形狀之徑向速度擾動值比較圖 179
圖5-12 PWB 型微噴嘴不同流道形狀之軸向速度值比較圖 180
圖5-13 PWB 型微噴嘴不同流道形狀之軸向速度擾動值比較圖 181
圖5-14 直型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之平均粒徑值比較圖 182
圖5-15 直型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之平均粒徑擾動比較圖 183
圖5-16 直型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之徑向速度比較圖 184
圖5-17 直型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之徑向速度擾動比較圖 185
圖5-18 直型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之軸向速度比較圖 186
圖5-19 直型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之軸向速度擾動比較圖 187
圖5-20 弧形流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之平均粒徑值比較圖 188
圖5-21 弧形流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之平均粒徑擾動值比較圖 189
圖5-22 弧型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之徑向速度比較圖 190
圖5-23 弧型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之徑向速度擾動值比較圖 191
圖5-24 弧型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之軸向速度比較圖 192
圖5-25 弧型流道微噴嘴不同渦旋腔深度,與ATO 1& ATO 2之徑向速度比較圖 193
附錄一 乾洗油規範 194
附錄二 各型微噴嘴之幾何尺寸 195
附錄三 微噴嘴應用示意圖 196

第七章 參 考 文 獻
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