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研究生:周志捷
研究生(外文):Chih-Chieh Chou
論文名稱:微粒子追蹤術在對向流場觀測與分析
論文名稱(外文):Micro Particle Image Velocimetry inCounter flow Observation and Analysis
指導教授:王 金 樹
指導教授(外文):Chin-Shu Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:微粒子追蹤術停滯點
外文關鍵詞:PIVStagnation point
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本實驗以觀測對向流場狀況為主,主要是利用微粒子追蹤術PIV(Particle Image Velocimetry)進行量測,利用流速的不同而產生流場的變化。本實驗將對此研究提出速度、幾何所產生的關係,以做為將來流道設計參考。
PIV乃一全域量測法,主要是利用光學視流(Optical Flow Visualization)技術觀察流場,其主要優點是為即時(real time)及非接觸(noncontact)式。PIV乃利用脈衝式雷射綠光( )照射質點(particle),由質點散射出光至CCD(1024×1280 pixels)接收,影像以Auto-correlation或Cross-correlation做運算,求出其質點的流動速度。
本實驗所使用的質點為硼矽酸鹽玻璃(Borosilicate)白色粉末,平均粒徑為10 ,密度為(1.10±0.05g/c.c )。工作流體為甘油與水的調和溶液( =1.1g/c.c, ),主要為消除質點的密度所造成之重力誤差。此外,本實驗之晶片材料為一般市用壓克力表面粗糙度約為Ra=2.15~2.883μm,故邊界處之速度為零。實驗主要是利用密注射泵浦(syringe pump)作為主要壓力源,其主要觀察在不同速度之下流場所會引發的變化與流体流動的行為。
未來希望利用其觀測的流場進行生物的分離,以不同寬度變化與不同速度以其求得規則的變化量,希望能利用於微機電系統流道或者利用同樣的形式進行藥物生物反應檢測。

This study investigated the variety of prognosticate influences flow conditions. The purpose of the experiment is to use the particle molecule to track the PIV (Particle Image Velocimetry) and report on the measurement for the current velocity and creation flow in the field. This experiment will provide the relationships of the velocity, several, and flow production, which can be used to design a flow parameter.
In addition, the chip material of this experiment uses the rough degree of the acryl surface for the general city is about Ra=2.15 to 2.883 μ ms, past speed of the boundary is zero. The key of this experiment is to inject the syringe pump into the river bank pump (the syringe pump). This pump is the major pressure of the source. Furthermore, under different speeds of the fluxion, it is our main purpose to observe the variety of flow and the behavior of the flow motion.
However, the subjected is limited by the particles size (450~0.3 mls/ hr) that injects to river bank pump (the syringe pump). In the original experiments, the flow current velocity also is limited by the highest speed (V=3 cm/ sec). Therefore, in this experiment, the flow current velocity is set to3, 2, 1 and the 0.5 cm/ sec. The foundation of the experiment which carry on the variety of speed for several shape dissimilarity hour probably cause flow field. In addition to the choices of the current velocity of flow, the experiments also take the current velocity comparison which matches the results in laboratory nicely.
It is six different current velocities comparisons (1:2, 1:3, 1:4, 1:5, 2:4, 2:6) and three different widths( W=3.6, 4, 4.8 mms) for the experiments. In this research, we observe the conditions and the results of their liquid repositions of redundant personnel.
This research will provide the method to prognosticate the field of flow which can carry on the biology separation in the future or the amount of variety of the rule with it with the different width variety and different speed. Hopefully, this technology can be used in the tiny electricity & machine system to flow the way. The exploitation same of the form carries on the medicine living creature to respond the examination.

目 次
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目次 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
符號 x
第一章 緒 論 ………………………………………………………………………1
1.1 前言 …………………………………………………………………………1
1.2文獻回顧 ……………………………………………………………………1
1.2.1 PIV文獻回顧…………………………………………………………1
1.2.2 計算流體力學 ………………………………………………………2
1.3 生物晶片……………………………………………………………………3
1.4 流道主要尺寸與實驗規劃…………………………………………………4
第二章 設備使用與架設……………………………………………………………7
2.1 PIV之架設…………………………………………………………………7
2.1.1 PIV之實際架設圖…………………………………………………7
2.2 精密注射泵浦………………………………………………………………8
2.3 光學干涉儀(Zygo)…………………………………………………………9
2.4 壓力計……………………………………………………………………10
第三章 數值模擬比較和分析探討…………………………………………………19
3.1停滯點(Stagnation point) ………………………………………………19
3.2 數值分析設定之條件參數…………………………………………………20
3.2.1 數值分析設定………………………………………………………21
3.3 數值分析停滯點位置………………………………………………………22
3.4 數值模擬各停滯點(stagnation point)斷面速度比較…………………22
3.5 數值模擬各停滯點斷面剪應力值(τx)……………………………………23
第四章 PIV量測之結果 …………………………………………………………32
4.1 簡介…………………………………………………………………………32
4.2 PIV 系統參數設定…………………………………………………………32
4.3 PIV 量測結果………………………………………………………………33
4.4 PIV所得各停滯點斷面速度比較…………………………………34
4.5 PIV各停滯點斷面剪應力值(τx) ………………………………………… 35
第五章 結果比較…………………………………………………………………45
5.1 PIV 與數值分析不同之處…………………………………………………45
5.2 未來展望……………………………………………………………………45
參 考 文 獻……………………………………………………………………57
附錄A:流量估計……………………………………………………………………60
附錄B:流速換算表…………………………………………………………………62
附錄C:PIV操作手冊………………………………………………………………65

參 考 文 獻
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