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研究生:陳緒瑋
研究生(外文):Xu-WeiChen
論文名稱:共平面式不對稱電溼潤電極最佳化設計及其應用於冷凝熱傳增益之實驗探討
論文名稱(外文):Enhancement of Condensation Heat Transfer by using Optimized Asymmetric Coplanar EWOD Electrode Design
指導教授:呂宗行
指導教授(外文):Tzong-Shyng Leu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:電溼潤冷凝熱傳不對稱共平面式電極微機電製程
外文關鍵詞:ElectrowettingCondensation Heat TransferAsymmetric Coplanar ElectrodeMEMS Fabrication
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本研究在於應用電溼潤(electrowetting on dielectrics, EWOD)效應於冷凝熱傳效率增益,研究之目的主要利用共平面式(coplanar)不對稱電極設計理論及微機電製程加工技術,設計並製作出能夠往單一方向驅動液滴的最大致動力電溼潤表面,並考量冷凝液滴的生成行為,針對不對稱電極之尺寸做最佳化設計,以提升電溼潤冷凝板之熱傳效率。共平面式單一方向驅動液滴的之電溼潤表面主要的驅動機制為利用兩不對稱電極之間,當施與方波訊號時所產生的不對稱電溼潤現象,使液滴在開放平面上能夠持續往單一方向移動,達到排除液滴的效果。本研究將先探討不同驅動電極設計所產生的液滴驅動效果,配合冷凝熱傳實驗系統架設,比較未通入訊號前之均質表面與通入訊號後電溼潤表面之冷凝熱傳效率增益,並量化各種電溼潤冷凝表面設計之之熱傳效率。實驗結果發現此電溼潤冷凝表面比均質冷凝表面的熱通量高出15%,顯示出此電溼潤致動表面對於冷凝熱傳熱通量有提升的效果。
The objective of this study is applying electrowetting on dielectrics (EWOD) phenomena on condensation heat transfer. By using the asymmetric coplanar EWOD electrode design, one can drive condensation droplets in one direction. The main driving mechanism is to generate the asymmetric EWOD driving forces which cause droplets continuously move on a surface. In this study, theoretical analysis is first used to optimize EWOD electrode design. The maximum EWOD driving force happens if the width of extruded electrode over the radius of droplet is 1.488. In the meantime, experimental results support the current optimal design which shows it can generate the highest EWOD driving force than the other designs.
摘要 I
Abstract III
誌謝 VI
目錄 VII
表目錄 XII
圖目錄 XIII
符號表 XVIII
第一章 序論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
1-3 文獻回顧 3
1-3-1 液滴冷凝成核 3
1-3-2 液滴移動機制 4
1-3-3 液滴移動阻力 6
第二章 原理分析 15
2-1 表面溼潤度定義 15
2-1-1 接觸角定義 15
2-1-2 Lippmann’s Equation 15
2-1-3 改變接觸角的因子 16
2-2 電溼潤原理 17
2-2-1 單一電極電溼潤 17
2-2-2 共平面電極電溼潤 17
2-3 電溼潤電容原理 18
2-3-1 單一電極電容造成之表面張力 18
2-3-2 共平面電極電容造成之表面張力 18
2-3-3 共平面電極電溼潤力 20
2-4 液滴移動前靜力分析 20
2-5 冷凝介紹 21
2-5-1 蒸氣成核理論 21
2-5-2 冷凝形式 22
2-6 影響垂直冷凝板效率之機制 22
2-6-1 冷凝板表面成核速率 22
2-6-2 冷凝板排除液滴速率 23
第三章 冷凝板設計與製作 28
3-1 冷凝板設計 28
3-2 電溼潤電極設計 28
3-2-1 凸形電溼潤電極尺寸 29
3-2-2 驅動位置時驅動力分析 29
3-2-3 停止位置時驅動力分析 32
3-2-4 最佳化電極 34
3-2-5 電溼潤冷凝板 34
3-3 液滴下滑靜力分析 34
3-4 冷凝板製作 35
3-4-1 晶片清潔 35
3-4-2 黃光微影製程 36
3-4-3 金屬薄膜沉積 36
3-4-4 金屬薄膜剝離 37
3-4-5 介電薄膜沉積 38
3-4-6 表面疏水層製作 38
第四章 實驗設計與方法 48
4-1 最佳化電極測試 48
4-2 蒸氣冷凝系統實驗設計與製作 48
4-3 蒸氣冷凝系統之熱通量量測 49
4-4 實驗量測儀器 50
4-4-1 流量計 50
4-4-2 熱電偶 50
第五章 結果與討論 55
5-1 最佳化電極測試結果 55
5-2 垂直冷凝板冷凝測試 55
5-2-1 均質表面冷凝板 55
5-2-2 驅動表面冷凝板 57
5-2-3 不同電極尺寸之驅動表面冷凝板 58
5-3 冷凝板熱傳實驗結果與討論 58
5-3-1 均質表面與驅動表面熱通量比較 59
5-3-2 不同電極尺寸之驅動表面熱通量比較 59
5-3-3 通入不同電訊號之驅動表面熱通量比較 60
5-4 液滴下滑前之合力討論 60
第六章 結論與未來工作 74
6-1 結論 74
6-2 未來工作 75
參考文獻 76
附錄 80
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【2】吳增昕,“表面改質技術應用於梯度表面之冷凝熱傳實驗, 國立成功大學碩士論文,2007.
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