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研究生:吳吉龍
研究生(外文):Wu Ji-Long
論文名稱:表面濕潤性對沸騰現象的物理機制探討-疏水表面
論文名稱(外文):The effect of surface wettability on boiling phenomena - Hydrophobic Surface
指導教授:許華倚
口試委員:周永泰林震
口試日期:2016-06-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:製造科技研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:VOF、薄膜沸騰、二相流、接觸角、疏水表面
外文關鍵詞:Volume of Fluid、Film boiling、Two-phase flow、Contact angle、Hydrophobic Surface
相關次數:
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本研究利用數值方法模擬氣泡在加熱疏水表面上之沸騰現象。主要考慮氣泡在不同接觸角度下,氣液二相變間的熱傳問題,藉以觀察氣泡和液體間的相場變化及流線變化趨勢。數值模擬中所使用的模組為Volume of Fluid模組,汽液相的熱交換使用Interface Mass Transfer方法。在氣-液界面中藉著液態液體沸騰蒸發的方式,讓潛熱帶走界面上大量的積熱熱源,這樣的蒸發機制可以有效率的降低溫度。使用自編譯的User Define Function(UDF),其中UDF含有汽液兩相的質量交換以及能量交換以及能量轉換與一個初始生成汽相流場之方程式。利用方程式給流場造成內部的改變,進而模擬薄膜沸騰之氣泡生成過程,並觀察氣泡的生成與成長過程中對於熱傳及質傳變化影響。再進而改變底板的溫度及調整底部邊界層的接觸角度。
本文將建構一個簡單的二維矩形平面流場,模擬氣泡在疏水性表面上的行為。其疏水表面之接觸面角度為90度到180度之間,並探討在不同角度下的熱傳機制。
In this work, we use numerical simulation methods bubbles on a hydrophobic surface of the boiling heat. The main consideration bubbles in different contact angles, heat transfer problems, in order to observe the phase change of course and change of flow lines between the bubble and the vapor-liquid two-phase transition. Numerical simulation module used for the Volume of Fluid module, vapor-liquid heat exchange method uses Interface Mass Transfer. The vapor-liquid interface in the liquid by boiling liquid evaporation, which allows the latent tropical walk on the hot source interface a lot of product, such as evaporation mechanism can efficiently reduce the temperature. Use self-compiled User Define Function (UDF), which the UDF contain vapor-liquid two-phase mass exchange and energy exchange and energy conversion and generate an initial vapor flow field of the equation. Use the equation to cause changes in the flow field inside, bubble formation and growth process and then simulate the impact of changes of film boiling bubble generation process, and observed for heat transfer and mass transfer. Then change again and adjust the temperature of the soleplate bottom boundary of the contact angle.
We will construct a simple two-dimensional rectangular planar flow field, simulation bubble behavior on a hydrophobic surface. The contact angle of the surface of the hydrophobic surface is between 90 degrees to 180 degrees, and to explore the mechanism of heat transfer in different angles.
目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 沸騰 2
1.2.1 物理機制 2
1.2.2 沸騰曲線 3
1.3 研究動機與目的 4
1.4 文獻回顧 5
1.4.1 實驗方面 5
1.4.2 理論方法 8
1.5 表面濕潤性 19
1.5.1 相關名詞介紹 21
1.5.2 疏水性原理 22
1.5.3 疏水模組 24
第二章 控制方程式與數值方法 28
2.1 簡介 28
2.2 統御方程式 28
2.2.1 質量與動量方程式 28
2.2.2 能量守恆方程式 29
2.3 數值方法 30
2.3.1 VOF介紹 30
2.3.2 相轉換方程式 31
2.3.3 Kelvin-Helmholtz and Rayleigh-Taylor不穩定性 35
2.3.4 Continuum Surface Force model 41
2.3.5 方程式之無因次化分析 42
2.3.5.1 變數選擇與參考因次決定 43
2.3.5.2 無因次體積分率方程式 45
2.3.5.3 無因次動量方程式 46
2.3.5.4 無因次能量方程式 47
2.4 通用傳輸方程式 49
2.4.1 有限差分法 50
2.4.2 有限元素法 50
2.4.3 有限體積法 50
2.5 空間離散格式 51
2.5.1 一階上風法 51
2.5.2 二階上風法 52
2.5.3 Power low法則 52
2.5.4 QUICK法則 53
2.6 壓力-速度耦合計算方法 54
2.6.1 SIMPLE演算法則 54
2.6.2 PISO法則 55
第三章 模擬步驟與參數設定 58
3.1 數值模擬 59
3.2 計算區域與邊界條件 59
第四章 結果與討論 61
4.1 底板接觸角90度與不同加熱溫度的影響 61
4.2 底板接觸角100度與不同加熱溫度的影響 68
4.3 底板接觸角110度與不同加熱溫度的影響 74
4.4 底板接觸角120度與不同加熱溫度的影響 80
4.5 底板接觸角130度與不同加熱溫度的影響 86
4.6 底板接觸角140度與不同加熱溫度的影響 92
4.7 底板接觸角150度與不同加熱溫度的影響 98
4.8 底板接觸角160度與不同加熱溫度的影響 104
4.9 底板接觸角170度與不同加熱溫度的影響 110
4.10 底板接觸角180度與不同加熱溫度的影響 116
4.11 臨界熱通量與最小熱通量 122
第五章 結論與未來展望 126
5.1 結論 126
5.2 未來展望 127
參考文獻 128
電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20210713)
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