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研究生:邱慶煌
研究生(外文):CHING-HUANG CHIU
論文名稱:大氣電漿流場與水滴輔助雷射加工光學之模擬
論文名稱(外文):Atmospheric Plasma Flow Field and Optical Simulation of Water Drop Assisted Laser Processing
指導教授:張元震
指導教授(外文):YUAN-JEN CHANG
口試委員:許進成王可文
口試委員(外文):JIN-CHENG XUKE-WUN WANG
口試日期:2020-03-10
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:123
中文關鍵詞:電漿雷射模擬穩定性水珠液體FDTDFluent
外文關鍵詞:PlasmaLaserSimulationStabilityWater DropLiquidFDTDFluent
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本研究分為兩個部分。
第一部份是電漿噴嘴內部的流體動力學模擬以及相對應的實驗,以便找到穩定的電漿噴流生成的設計。
使用不同幾何形狀的各種外部電極進行了模擬,同時我們還使用不同的電漿參數進行了模擬。電漿實驗採用模擬中使用的相同參數進行,以驗證模擬的結果。結果顯示,流場對電漿射流的穩定性有較大的影響。
第二部份是雷射通過液體透鏡陣列的2D光學模擬。為了模擬近場光學的能量,應用了OptiFDTD軟體。在模擬中執行了各種參數,包括液體透鏡的接觸角,透鏡的直徑,透鏡之間的間距以及從透鏡底部到基板的距離。在不同參數下獲得基板上的能量分佈。為了驗證模擬,需要進一步的實驗數據。

關鍵字:電漿、雷射、模擬、穩定性、水珠、液體、FDTD、Fluent

The study is divided into two parts.
The first part is the fluid dynamic simulation inside a plasma jet nozzle and its corresponding experiments in order to find a design for stable plasma jet generation. The simulations were performed with various external electrodes at different geometries while we also performed simulations with different plasma parameters. Plasma experiments were conducted with the same parameters used in the simulations to verify the simulation results. The results show that the flow field greatly affected the stability of a plasma jet.
The second part is the 2D optical simulations of laser passing through liquid lenses array. In order to simulate the near-field optical energy, OptiFDTD software was utilized. Various parameters, including the contact angle of liquid lenses, the diameter of lenses, the spacing between the lenses, and the distance from the bottom of the lens to the substrate, were performed in the simulation. The energy distribution on the substrate were obtained at different parameters. Further experimental data was needed in order to verify the simulations.

Keywords: Plasma, Laser, Simulation, Stability, Water Drop, Liquid, FDTD, Fluent

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 大氣電漿穩定性模擬之文獻回顧 2
1.2.2 水滴與光學模擬之文獻回顧 7
1.3研究動機與目的 12
1.3.1 大氣電漿穩定性之模擬 12
1.3.2 水滴與光學模擬 12
1.4論文架構 13
第二章 理論基礎 14
2.1 ANSYS軟體簡介 14
2.2 OPTIFDTD 軟體簡介 14
2.3 電漿原理 14
2.3.1 大氣電漿觀念 14
2.3.2 大氣電漿源的分類 15
2.4 光學的基本觀念 17
2.4.1 光與電場之間的關係 17
2.4.2 光速與光度 18
第三章 實驗儀器設備與模擬軟體 19
3.1 電漿相關設備 19
3.1.1放電加工機 19
3.1.2電漿產生機供應配置 20
3.1.3 電漿噴嘴供氣源 22
3.1.4 電漿噴嘴用抽水馬達 23
3.2拍攝設備 23
3.2.1 Canon EOS 70D單眼相機 23
3.3電漿相關檢測設備 24
3.3.1波型量測儀器 24
3.3.2風速量測儀器 25
3.4模擬軟體 26
3.4.1 Ansys Fluent軟體介紹 26
3.4.1.1 模組功能介紹 26
3.4.2 OptiFDTD 軟體介紹 28
3.4.2.1模組功能介紹 28
3.4.2.2 模擬流程 29
3.4.2.3 電磁波波源、計算求解器設定與模擬架構 30
3.4.2.4 研究中模擬結果的表示 32
第四章 電漿模擬與實驗討論 34
4.1 電漿模擬 34
4.2 電漿實驗 56
4.2.1 電漿噴流型態與電壓電流量測 56
4.3 模擬與實驗討論 61
第五章 光學模擬與討論 62
5.1 水珠接觸角為128゜、135゜、155゜的單顆水珠 62
5.1.1 單顆水珠與多顆水珠不同角度的比較 63
5.1.2 不同接觸角水珠與圓形水珠-模擬單顆水珠與不同觀察線距離 75
5.1.3 水珠與膜厚的模擬比較 89
第六章 結果與未來展望 104
6.1 結論 104
6.1.1 電漿模擬與實驗討論結論 104
6.1.2 光學模擬與討論 104
6.2 未來展望 105
6.2.1電漿模擬 105
6.2.2光學模擬 105
參考文獻 106


參考文獻
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