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研究生:周彥志
研究生(外文):Yan-Jr Jou
論文名稱:微流道蒸發現象之探討
論文名稱(外文):Study of Evaporation Phenomena in Micro Channels
指導教授:康尚文
指導教授(外文):Shung-Wen Kang
學位類別:碩士
校院名稱:淡江大學
系所名稱:機械與機電工程學系碩士班
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:58
中文關鍵詞:微流道蒸發傾斜角熱阻
外文關鍵詞:evaporationmicro channelsinclination anglethermal resistance
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微流道二相對流熱傳可應用於許多領域如電子冷卻等,本研究探討微流道內之蒸發現象與毛細驅動熱,利用濕蝕刻技術於(110)矽晶片上製作長75mm,流力直徑100μm ~ 250μm之矩形流道,搭配成不同流力直徑尺寸之微流道試片,量測其在不同加熱功率以及工作角度下之流體蒸發率與試片溫度,並計算比較整體熱阻之差異。
經由實驗結果顯示出,當加熱功率亦即熱傳量增加之時,蒸發率會隨之升高而熱阻則隨之降低;在微流道尺寸差異所造成的影響則是得到較小之流力直徑尺寸設計同樣會使蒸發率上升與熱阻下降,另一方面本實驗也針對傾斜角度加以觀察並進行探討。實驗的結果與毛細力及毛細壓差的基礎理論趨勢吻合,也驗證了微流道流力直徑之尺寸設計與工作流體之接觸角是毛細驅動的重要指標。
Two-phase convective flow in micro channels has numerous promising applications such as electronic cooling. This study investigates evaporation phenomena and capillary-driven heat in a rectangular micro channels structure with hydraulic diameters of 100~250μm and length of 75mm. The micro channels made of (110)-orientated silicon is fabricated by bulk micromachining. The temperature distributions in micro channels chip structure, as well as the induced evaporation mass flow rate of water, were measured under different heat flux and inclination angle. Thermal resistance were calculated to evaluate the chip cooling performance.
The experimental results show that with an increase of the imposed heat flux, the evaporation mass flow rate increases and thermal resistance decreases. The effect of channel size and inclination angle on the heat transfer characteristics are also examined.
目 錄
中文摘要………………………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………………………Ⅱ
目 錄………………………………………………………Ⅲ
圖 目 錄………………………………………………………Ⅴ
表 目 錄………………………………………………………Ⅶ
第一章 緒論
1-1 研究動機與目的……………………………………………1
1-2 研究背景……………………………………………………2
第二章 理論簡介
2-1毛細微流道之設計與考量………………………………5
2-2毛細力與整體熱阻之探討…………………………………5
2-2-1毛細力與毛細壓差…………………………………5
2-2-2整體熱阻之計算………………………………………7
第三章 實驗設計與架設
3-1微流道設計與製作………………………………………8
3-1-1微流道尺寸設計………………………………………8
3-1-2微影製程………………………………………………8
3-1-3陽極接合………………………………………………11
3-2實驗架設與測試…………………………………………16
3-2-1毛細傳輸………………………………………………16
3-2-2加熱測試………………………………………………16
第四章 實驗結果與討論
4-1毛細測試觀察……………………………………………22
4-2加熱測試實驗結果………………………………………26
4-1-1不同流道寬度對應整體熱阻與蒸發率之差異………26
4-1-2不同流道深度對應整體熱阻與蒸發率之差異………27
4-3結論與探討……………………………………………44
第五章 未來建議
5-1未來改進方向與建議…………………………………46
參考文獻……………………………………………………………48
附錄 加熱測試實驗數據…………………………………………50


圖 目 錄
圖2.2.1表面張力與接觸角示意圖…………………………… 7
圖3.1.1 流道尺寸設計示意圖…………………………………… 12
圖3.1.2 流道截面設計示意圖…………………………………… 13
圖3.1.3微流道試片完成圖……………………………………… 13
圖3.1.4表面形貌儀所顯示之流道蝕刻後形態………… 14
圖3.1.5陽極接合示意圖………………………………………… 14
圖3.1.6微流道製作流程示意圖…………………………………… 15
圖3.1.7 接合7740玻璃後之測試試片……………………………… 15
圖3.2.1 毛細測試平台…………………………………………… 19
圖3.2.2 實驗架設示意圖………………………………………… 19
圖3.2.3 實際測試設備…………………………………………… 20
圖3.2.4 陶瓷加熱片熱源………………………………………… 20
圖3.2.5 溫度擷取位置……………………………………………… 21
圖3.2.6 溫度校正圖………………………………………………… 21
圖4.1.1各流力直徑流道對應毛細壓差理論值之比較…………… 25
圖4.1.2 工作流體於微流道內之接觸角………………………… 25
圖4.2.1流道深度為100µm整體熱阻與加熱功率之關係……… 28
圖4.2.2流道深度為100µm蒸發率與加熱功率之關係………… 29
圖4.2.3流道深度為150µm整體熱阻與加熱功率之關係……… 30
圖4.2.4流道深度為150µm蒸發率與加熱功率之關係………… 31
圖4.2.5流道深度為200µm整體熱阻與加熱功率之關係……… 32
圖4.2.6流道深度為200µm蒸發率與加熱功率之關係………… 33
圖4.2.7流道深度為250µm整體熱阻與加熱功率之關係……… 34
圖4.2.8流道深度為250µm蒸發率與加熱功率之關係………… 35
圖4.2.9流道寬度為100µm整體熱阻與加熱功率之關係……… 36
圖4.2.10流道寬度為100µm蒸發率與加熱功率之關係………… 37
圖4.2.11流道寬度為150µm整體熱阻與加熱功率之關係…………38
圖4.2.12流道寬度為150µm蒸發率與加熱功率之關係………… 39
圖4.2.13流道寬度為200µm整體熱阻與加熱功率之關係…………40
圖4.2.14流道寬度為200µm蒸發率與加熱功率之關係…………… 41
圖4.2.15流道寬度為250µm整體熱阻與加熱功率之關係…………42
圖4.2.16流道寬度為250µm蒸發率與加熱功率之關係…………… 43
圖4.3.1 工作流體在流道內未連續傳輸情形……………………… 45


表 目 錄
表4-1 毛細傳輸工作流體在各角度下可否佈滿流道之情形………24
表4-2 理論計算各流道尺寸設計之毛細力與毛細壓差……………25
參考文獻
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