中文摘要

本實驗研究目的為噴嘴在出口的幾何形狀改變下，流場所產生的不同渦旋現象，藉數值模擬在不同的雷諾數及擋塊位置，所產生出比例閥的現象，模擬過程中部份的模組衍生出另一現象下洗過程，將避開此一操作區域，以獲得最佳化的比例關係模組，再根據最佳化的模擬結果，以實驗方法物化，實驗方法係以白蠟油煙霧注入流道內，當以雷射光束配合玻璃圓棒產生平面光頁切割流場時，藉以觀察肉眼無法觀測的流場現象，當調整微調控制棒，可觀察不同尺寸的梯狀缺口渦旋現象。同時依照不同的雷諾數，觀察是否影響微調控制棒的精確控制方向，對照最佳化的模擬結果，以驗證此模組的可行性，藉此不論外在環境因素及人為操作因素為何，皆可得到理想中的精確控制流體的動向及比例關係。實驗結果顯示，依梯狀缺口的尺寸、不同的雷諾數及擋塊位置，可得到穩定且具控制性、方向性以及比例關係的流場。

Abstract

This experiment studies the purpose of the spray nozzle under the circumstances that the geometry form that is exported changes, different vortex appearance produced in flow field ,Resist and Reynolde in different position of simulation, producing the appearance of the proportion valve, some mould model derive out and downwash the course under another appearance in the simulation course, will be to ward of this area, will get the proportionate relationship model of the optimization.
according to the simulation result of the optimization, with experiment method materialization, experiment method is it flow line to inject with mineral oil into by oil smoke, as coordination with glass to be round to produce with laser light beam level mere page is it shed field to cut flow field, use to observe a appearance of flowing that the naked eye can't be observed, adjust and finely tune the control rod, in order to observe the different size of ladder the vortex appearance . Count according to different Reynolde at the same time , it influences the accuracy which finelies tune the control rod to control the direction to observe, contrast simulation result of optimization , in order to prove this mould feasibility of model , make use of this no matter external environmental factor and why it will be manual operation factor, can all receive tendency of controlling the fluid of accuracy and proportionate relationship in the ideal.
The experimental result shows , resist a position in accordance with the size of the form of the ladder , different Reynolde can get and stabilize and controlling nature , directionality , proportionate relationship one flow in the flow field .

目錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖索引 VII
表索引 XII
符號表 XIV
第一章 前言 1
1-1簡介 1
1-2文獻回顧 2
1-2-1氣壓式比例控制閥 2
1-2-2 螺桿式比例控制閥 3
1-2-3電磁閥式比例控制閥 3
1-3研究目的 4
第二章 設計及實驗原理 5
2-1 Coanda effect 5
2-2 統御方程式 5
2-2-1質量守恆方程式 6
2-2-2動量守恆方程式 6
2-3 紊流模式 6
2-3-1 雷諾平均方程式 7
2-3-2 雙方程式k-ε紊流模式 7
2-4邊界條件 8
2-4-1 入口邊界條件 8
2-4-2 出口邊界條件 9
2-4-3 噴嘴模組與四周邊界 9
2-5 離散化 9
第三章 幾何模型建構與流場特性分析 10
3-1 前處理 10
3-1-1設計原理 10
3-2 幾何模型建構 10
3-2-1控制棒與模組外形結構 11
3-2-2 檔塊 11
3-3 網格產生 11
3-4流場數值模擬與分析 12
3-4-1 噴流主軌跡控制模式 13
3-4-2-1模組深度Z/d=4.00 14
3-4-2-2模組深度Z/d=12.02 18
3-4-2-3模組深度Z/d=24.05 19
第四章 流場觀察與分析 22
4-1流場觀察設備 22
4-1-1流場觀察模組 22
4-1-2 煙霧產煙箱 22
4-1-3 貯氣槽(buffer) 23
4-1-4半導體雷射 23
4-1-5光頁產生機構 23
4-1-6 浮子流量計與刻度對照表 23
4-2流場觀察之方向控制閥 24
4-2-1流場分析 24
4-3流場觀察之比例控制閥 26
4-3-1流場分析 26
4-3-1-1模組深度Z/d=4.00 27
4-3-1-2模組深度Z/d=12.02 29
4-3-1-3模組深度Z/d=24.05 30
第五章 結果與討論 32
5-1不同模組深度的比例流量結果 32
5-1-1模組深度Z/d=4.00 32
5-1-2模組深度Z/d=8.01 34
5-1-3模組深度Z/d=12.02 35
5-1-4模組深度Z/d=16.02 36
5-1-5模組深度Z/d=20.03 37
5-1-6模組深度Z/d=24.05 38
5-2不同模組深度的50%均流結果 39
第六章結論與未來展望 41
6-1結論 41
6-2未來展望 42
參考文獻 43

圖索引
圖3-1 噴嘴特性曲線 52
圖3-2第一種模式幾何示意圖 52
圖3-3第一種模式立體幾何示意圖 53
圖3-4第二種模式幾何示意圖 53
圖3-5第三種模式幾何示意圖 54
圖3-6擋塊幾何示意圖 54
圖3-7規則網格 55
圖3-8不規則網格 55
圖3-9 Delaunay三角網格產生法 55
圖3-10 Un-effect regime 流場向量圖Re=440，Z/d=4.00 56
圖3-11 Un-effect regime 流場流線圖Re=440，Z/d=4.00 56
圖3-12 effect-regime 流場向量圖Re=440，Z/d=4.00 57
圖3-13 effect-regime 流場流線圖Re=440，Z/d=4.00 57
圖3-14 dominate流場向量圖Re=440，Z/d=4.00 58
圖3-15 dominate流場流線圖Re=440，Z/d=4.00 58
圖3-16第一模式Z/d=4.00、Re=203幾何示意圖與流線圖， 59
圖3-17第一模式Z/d=4.00、Re=1835幾何示意與流線圖， 60
圖3-18第二模式Z/d=4.00、Re=203幾何示意圖與流線圖， 61
圖3-19第二模式Z/d=4.00、Re=1835幾何示意圖與流線圖， 62
圖3-20第三模式Z/d=4.00、Re=203幾何示意圖與流線圖， 63
圖3-21第三模式Z/d=4.00、Re=1835幾何示意圖與流線圖， 64
圖3-22第一模式Z/d=12.02、Re=240幾何示意圖與流線圖， 65
圖3-23第一模式Z/d=12.02、Re=2160幾何示意圖與流線圖， 66
圖3-24第二模式Z/d=12.02、Re=240幾何示意圖與流線圖， 67
圖3-25第二模式Z/d=12.02、Re=2160幾何示意圖與流線圖， 68
圖3-26第三模式Z/d=12.02、Re=240幾何示意圖與流線圖， 69
圖3-27第三模式Z/d=12.02、Re=2160幾何示意圖與流線圖， 70
圖3-28第一模式Z/d=24.05、Re=248幾何示意圖與流線圖， 71
圖3-29第一模式Z/d=24.05、Re=2232幾何示意圖與流線圖， 72
圖3-30第二模式Z/d=24.05、Re=248幾何示意圖與流線圖， 73
圖3-31第二模式Z/d=24.05、Re=2232幾何示意圖與流線圖， 74
圖3-32第三模式Z/d=24.05、Re=248，幾何示意圖與流線圖， 75
圖3-33第三模式Z/d=24.05、Re=2232幾何示意圖與流線圖， 76
圖4-1平面噴流實驗模組 77
圖4-3 貯氣槽buffer 78
圖4-4半導體雷射 78
圖4-5光頁產生機構 79
圖4-6浮子流量計與刻度對照表 79
圖4-7流場觀察架構示意圖 80
圖4-9噴流主軌跡由控制棒移動所產生的偏擺示意圖。
H=5mm，Re=440；effect-regime。 81
圖4-10噴流主軌跡由控制棒移動所產生的偏擺示意圖。
H=5mm，Re=440，effect-regime。 81
圖4-11噴流主軌跡由控制棒移動所產生的偏擺示意圖。
H=5mm，Re=440，dominate。 82
圖4-12流場觀察架構示意圖 82
圖4-13第一模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=2.9，流場觀察圖。 83
圖4-14第一模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=1.6，流場觀察圖。 83
圖4-15第一模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=0，流場觀察圖。 84
圖4-16第一模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=-1.6，流場觀察圖。 84
圖4-17第一模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=-2.9，流場觀察圖。 85
圖4-18第二模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=2.9，流場觀察圖。 85
圖4-19第二模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=1.6，流場觀察圖。 86
圖4-20第二模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=0，流場觀察圖。 86
圖4-21第二模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=-1.6，流場觀察圖。 87
圖4-22第二模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=-2.9，流場觀察圖。 87
圖4-23第三模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=2.9，流場觀察圖。 88
圖4-24第三模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=1.6，流場觀察圖。 88
圖4-25第三模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=0，流場觀察圖。 89
圖4-26第三模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=-1.6，流場觀察圖。 89
圖4-27第三模式Z/d=4.00、Re=611、R/d=-2.9，流場觀察圖。 90
圖4-28第一模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=2.9，流場觀察圖。 90
圖4-29第一模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=1.6，流場觀察圖。 91
圖4-30第一模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=0，流場觀察圖。 91
圖4-31第一模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=-1.6，流場觀察圖。 92
圖4-32第一模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=-2.9，流場觀察圖。 92
圖4-33第二模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=2.9，流場觀察圖。 93
圖4-34第二模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=1.6，流場觀察圖。 93
圖4-35第二模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=0，流場觀察圖。 94
圖4-36第二模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=-1.6，流場觀察圖。 94
圖4-37第二模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=-2.9，流場觀察圖。 95
圖4-38第三模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=2.9，流場觀察圖。 95
圖4-39第三模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=1.6，流場觀察圖。 96
圖4-40第三模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=0，流場觀察圖。 96
圖4-41第三模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=-1.6，流場觀察圖。 97
圖4-42第三模式Z/d=12.02、Re=689、R/d=-2.9，流場觀察圖。 97
圖4-43第一模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=2.9，流場觀察圖。 98
圖4-44第一模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=1.6，流場觀察圖。 98
圖4-45第一模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=0，流場觀察圖。 99
圖4-46第一模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=-1.6，流場觀察圖。 99
圖4-47第一模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=-2.9，流場觀察圖。 100
圖4-48第二模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=2.9，流場觀察圖。 100
圖4-49第二模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=1.6，流場觀察圖。 101
圖4-50第二模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=0，流場觀察圖。 101
圖4-51第二模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=-1.6，流場觀察圖。 102
圖4-52第二模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=-2.9，流場觀察圖。 102
圖4-53第三模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=2.9，流場觀察圖。 103
圖4-54第三模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=1.6，流場觀察圖。 103
圖4-55第三模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=0，流場觀察圖。 104
圖4-56第三模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=-1.6，流場觀察圖。 104
圖4-57第三模式Z/d=24.05、Re=711、R/d=-2.9，流場觀察圖。 105
圖5-1第一模式Z/d=4.00，擋塊位移與流量比例關係。 106
圖5-2第二模式Z/d=4.00，擋塊位移與流量比例關係。 107
圖5-3第三模式Z/d=4.00，擋塊位移與流量比例關係。 108
圖5-4第一模式Z/d=8.01，擋塊位移與流量比例關係。 109
圖5-5第二模式Z/d=8.01，擋塊位移與流量比例關係。 110
圖5-6第三模式Z/d=8.01，擋塊位移與流量比例關係。 111
圖5-7第一模式Z/d=12.02，擋塊位移與流量比例關係。 112
圖5-8第二模式Z/d=12.02，擋塊位移與流量比例關係。 113
圖5-9第三模式Z/d=12.02，擋塊位移與流量比例關係。 114
圖5-10第一模式Z/d=16.02，擋塊位移與流量比例關係。 115
圖5-11第二模式Z/d=16.02，擋塊位移與流量比例關係。 116
圖5-12第三模式Z/d=16.02，擋塊位移與流量比例關係。 117
圖5-13第一模式Z/d=20.03，擋塊位移與流量比例關係。 118
圖5-14第二模式Z/d=20.03，擋塊位移與流量比例關係。 119
圖5-15第三模式Z/d=20.03，擋塊位移與流量比例關係。 120
圖5-16第一模式Z/d=24.05，擋塊位移與流量比例關係。 121
圖5-17第二模式Z/d=24.05，擋塊位移與流量比例關係。 122
圖5-18第三模式Z/d=24.05，擋塊位移與流量比例關係。 123
圖5-19不同模組深度的主噴流Re相對於擋塊位置的50%均流點曲線圖。 124

表索引
表3-1 Z/d=4 control bar模擬條件 45
表3-2 Z/d=4 control bar模擬條件 45
表3-3 Z/d=12.02 control bar模擬條件 45
表3-4 Z/d=24.05 control bar模擬條件 19
表4-1模組深度Z/d=4.00流場觀察設定條件 46
表4-2模組深度Z/d=4.00流場觀察設定條件 46
表4-3模組深度Z/d=12.02流場觀察設定條件 46
表4-4模組深度Z/d=24.05流場觀察設定條件 47
表5-1模組深度Z/d=4.00，第一模式的比例流量參數表 47
表5-2模組深度Z/d=4.00，第二模式的比例流量參數表 48
表5-3模組深度Z/d=4.00，第三模式的比例流量參數表 48
表5-4模組深度Z/d=8.01，第一模式的比例流量參數表 48
表5-5模組深度Z/d=8.01，第二模式的比例流量參數表 48
表5-6模組深度Z/d=8.01，第三模式的比例流量參數表 49
表5-7模組深度Z/d=12.02，第一模式的比例流量參數表 49
表5-8模組深度Z/d=12.02，第二模式的比例流量參數表 49
表5-9模組深度Z/d=12.02，第三模式的比例流量參數表 49
表5-10模組深度Z/d=16.02，第一模式的比例流量參數表 36
表5-11模組深度Z/d=16.02，第二模式的比例流量參數表 50
表5-12模組深度Z/d=16.02，第三模式的比例流量參數表 50
表5-13模組深度Z/d=20.03，第一模式的比例流量參數表 50
表5-14模組深度Z/d=20.03，第二模式的比例流量參數表 50
表5-15模組深度Z/d=20.03，第三模式的比例流量參數表 51
表5-16模組深度Z/d=24.05，第一模式的比例流量參數表 51
表5-17模組深度Z/d=24.05，第二模式的比例流量參數表 51
表5-18模組深度Z/d=24.05，第三模式的比例流量參數表 51

參考文獻

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