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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:杜日行
研究生(外文):Jih Shing Tu
論文名稱:微流體流動中壁面粗糙度與壓力變化關係
論文名稱(外文):The relationship between pressure drop and surface roughness in misrochannel flow
指導教授:錢景常
指導教授(外文):C. C. Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
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:44
中文關鍵詞:微流體壓力變化微機電微機電製程體加工
外文關鍵詞:microchannelperssure dropMEMSbulkmicromaching
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本次研究流體在微流道流動中壁面粗糙度與壓力變化之關係,這項研究主要分為兩部份:(1)不同粗糙度之微通道製造。 (2)微通道內流動壓力降量測 。在實驗中將以微機電的加工方法製作不同粗糙度的微通道壁面,探討微流體流動中粗糙度與壓力降的穩態關係。
實驗的結果吾人可發現,在微通道中粗糙度越大則壓力降越
大,而雷諾數對摩擦係數的乘積值會低於理論值。雷諾數對摩擦係數的乘積值,在摩擦係數增加的情況下,乘積值低於理論值的情形會越明顯。當莫迪圖表用於流體流動的情形時,粗糙度及雷諾數會同時影響到摩擦係數的大小,而當摩擦係數低於0.001時,對於微流體流動的影響並不明顯。

This rearech discussing about the relatiomnship between pressure drop and surface roughness. We found that it really exit the difference bteween micro scale & macro scale.

目 錄
研究主旨 ………………………………………………………..1
第一章 前言 …………………………………………………2
第二章 微通道製程技術通論………………………………..4
2.1 文獻整理…....……………………………………….4
2.1.1 機械加工………………………………………..…..4
2.1.2 微機電製程……………………………….…..…….6
2.1.3 UV-LIGA製程……………………………..……….8
2.2 粗糙度與微流體流動關係之文獻回顧….………11
第三章 實驗所用之微通道製程……………………………12
3.1 設計目標及製程流程圖…………………...………12
3.1.1 KOH蝕刻原理.…………………………...……….12
3.2 微通道製程…..…..……………………….………..14
3.2.1 微通道的製作…… ………………………..……...15
3.3 製程結果與討論…..………………………………...19
3.3.1 通道的擴大…….………………………………….19
3.3.2 孔洞的產生………………………………………..21
3.3.3 粗糙度的控制與量測……………………………..21
第四章 微流道理論模式的建立……………………………22
第五章 實驗設備的建立與檢測……………………………29
5.1 微通道系統的測漏與校正………………………...29
5.2 實驗設備的需求與規畫…………………………...31
5.3 實驗方法…………………………………………...33
5.4 實驗的結果與討論………………………………...34
第六章 結論………………………………………………..45
參考資料………………………………………………………..46
圖 目 錄
圖一 表面加工製程示意圖…………………………………..7
圖二 UV-LIGA 微通道製程流程圖………………………...9
圖三 微通道製程流程示意圖………………………………11
圖四 KOH蝕刻(1 1 0)矽晶片截面示意圖………………13
圖五 KOH蝕刻後表面形成的針孔現象…………………...19
圖六 KOH蝕刻後底面的粗糙度…………………………...20
圖七KOH蝕刻產生的角落攻擊現象………………………21
圖八 通道截面示意圖………………………………………22
圖九 微流道系統測漏及校正實驗配置圖…………………27
圖十 微流道系統實驗配置圖…………………………..…..28
圖十一 流量量測示意圖……………………………..……..32
圖十二 實驗週期圖………………………………..………..33
圖十三 不同粗糙度微流道壓力分佈圖………..…………..34
圖十四 微流道中雷諾數與摩擦係數的關係..……………..35
圖十五 微通道中摩擦係數與雷諾數的關係..……………..36
圖十六 各種不同微通道中雷諾數與摩擦係數的關係……37
圖十七 f/f0與雷諾數的關係………………………………..38
圖十八 粗糙度與f/f0的關係……………………………….39
圖十九 Re *f/f0與粗糙度的關係…………………………...40
圖二十 本次實驗的結果與其他實驗結果之比較…………41
圖二十一 Re 0.5*f/f0與粗糙度的關係………………………42
圖二十二 Re 0.1*f/f0與粗糙度的關係………………………42
圖二十三 Re 0.1*f/f0與粗糙度的關係………………………43
圖二十四 Re *f與粗糙度的關係…………………………...44
表 目 錄
表一 與本文相關的微通道加工技術………………………9
表二 不同的藥品對於矽的蝕刻速率………………………12
表三 不同蝕刻條件下的表面粗糙度………………………21
表四 不同肯德深數時氣體流動的特性……………………24
表五 常見氣體於1torr時的物理量………………………..25
表六 實驗中使用微通道之幾何尺寸………………………36

(1) D.Y.Tzou “Macro- To Microscale Heat transfer” p.16
(2) X.F. Peng & B.X. Wang “ Forced-convection & Boiling Characteristic in Microchannel” Heat transfer 1998 Vol.1 Proceeding of 11th IHTC
(3) Marc Madou “Fundamentals of Micro fabrication” chapter1
(4) 黃瑞星 “微機電系統關鍵技術” 第三屆奈米工程暨微機電系統技術研討會論文集 ,1991 p. 1-23
(5) David Pfund & Alireza Shekarriz “Pressure drop measurement in a microchannel” ASME 1998 DSC-Vol. 66 MEMS98
(6) 莊達人 “VLSI 製造技術” 第七章
(7) Shung Wen Kang & Lung-Jieh Yang ,”(110) Orientation Silicon Based Micro Heat Exchanger Channel” ,ISTP-11 1998
(8) Shung-Wen Kang & Jong Shung Chen ,”Surface Roughness of (110) Orientation Silicon Based Micro Heat Exchanger Channel” ,Int. J. Mach. Tool Manufact. , vol. 38, pp.663-668
(9) Jack C.Shih & Chih-Ming Ho “Monotonic & Polyatomic Gas Flow Through Uniform Microchannel” MEMS ASME 1996 DSC vol. 59
(10) Errol B. Arkilic , Martin A. Schmidt “Gaseous flow in microchannel” AIAA paper 1993 no.93-3270
(11) Philippe Renaud, Harald van Lintel, Marc Heuschkel & Louis Guerin “Photo-polymer Microchannel Technologies & Application” Micro total Analysis system ’98 p.17~22
(12) Kin-Choek Pong & Chin-ming Ho “Nonlinear pressure distribution in uniform microchannel” ASME winter annual meeting 1994
(13) KURT E. Petersen, “Silicon as a Mechanical Material” IEEE, VOL. 70, NO. 5, May 1982 p.420~455
(14) Peter C. Simpoaon , Adam T. Wolley “Microfabrication Technology for the Production of Capillary array Electrophoresis Chip” Journal of Biomedical Microdevices 1:1 , 7-26 , 1998
(15) 趙天行﹑盧慧娟 ”矽深蝕刻製程側壁結構的控制” 第16屆機械工程研討會論文集 民國88年 p. 98~102
(16) Frank M. White ,”Fluid Mechanics” 1997 ,p.326-331
(17) Choondal B. Sobhan & Suresh V. Garimella ,”A Comparative Analysis of Studies on Heat Transfer Fluid Flow in Microchannels”

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