目錄…………………………………………………………………………………Ⅰ 表目錄……………………………………………………………………………Ⅴ 圖目錄……………………………………………………………………………Ⅵ 符號對照表………………………………………………………………………Ⅸ 摘要……………………………………………………………………………ⅩⅡ 誌謝……………………………………………………………………………ⅩⅢ 緒論 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1迷你尺度流道冷凝研究相關文獻 2 1.2.2 微尺度流道冷凝研究相關文獻 3 1.3研究動機與目的 9 1.4 論文架構 10 第二章 實驗設備與步驟 2.1 實驗環路 11 2.1.1 高效能層析幫浦 12 2.1.2 加熱模組 12 2.1.3 測試段 13 2.1.4 冷卻水推動設備 16 2.1.5 電子天平 16 2.2相關量測、數據擷取及影像擷取系統 17 2.2.1 溫度量測 17 2.2.2 壓力量測 17 2.2.3 數據擷取系統 18 2.2.4 高速攝影機 18 2.2.5 可變消光學顯微系統 18 2.3 實驗步驟 19 第三章 微流道製程與設計 3.1 微機電製程原理 20 3.1.1黃光微影技術 20 3.1.2深層反應室離子蝕刻 20 3.1.3 準分子雷射加工技術 21 3.1.4 陽極接合 21 3.2 微流道設計 22 3.3 微流道製作程序 23 第四章 熱傳分析 4.1 冷凝熱通率計算 25 4.1.1強制對流 25 4.1.2 空氣自然對流與熱輻射 26 4.2 空泡分率、局部熱通率及局部熱傳遞係數 27 4.2.1 空泡分率與乾度 28 4.2.2 局部熱通率 29 4.2.3 局部熱傳遞係數 30 4.3 冷凝壓降計算 32 4.3.1突縮及突擴壓降 32 4.3.2 加速度壓降 33 4.3.3 雙相摩擦壓降 34 第五章 結果與討論 5.1 冷凝雙相流譜 37 5.1.1霧狀/環型流 37 5.1.2注射流 39 5.1.3彈狀/氣泡流 44 5.1.4 冷凝雙相流譜 47 5.2冷凝熱通率 50 5.2.1 冷卻水流率對冷凝熱流率影響 50 5.2.2 漸縮角度對冷凝熱通率影響 52 5.3 局部熱傳遞係數 57 5.3.1 局部熱傳遞係數變化 57 5.3.2 漸縮角度對熱傳遞係數影響 60 5.4 冷凝壓降 66 5.4.1 局部壓力 68 5.4.2漸縮角度對局部壓力影響 71 第六章 結論與未來建議 6.1 結論 73 6.2未來建議 75 參考文獻 76 附錄A實驗數據 表一 漸縮角度0.5°實驗數據 78 表二 漸縮角度1.0°實驗數據 79 表三 漸縮角度1.5°實驗數據 80 表四 漸縮角度0.5°注射流位置、局部乾度與局部熱通量 81 表五 漸縮角度1.0°注射流位置、局部乾度與局部熱通量 82 表六 漸縮角度1.5°注射流位置、局部乾度與局部熱通量 83 表七 局部熱傳遞係數 84 表目錄 表 2.1 冷卻水流道尺寸 表 3.1 微流道幾合尺寸 表4.1 洛克哈特/馬丁鎳尼參數與各相流動狀態的關係 圖目錄 圖 2.1 實驗環路設備 圖 2.2 測試段示意圖 圖 2.3 冷卻水流到3D示意圖 圖 2.4 冷卻水流道三式圖 圖 3.1 漸縮微流道上視圖 圖 3.2 微流道製作程序流程圖 圖4.1 微流道熱傳示意圖 圖4.2 流譜分區示意圖 圖4.3 熱傳導路徑示意圖 圖5.1 霧狀/環形流 圖5.2 注射流氣泡脫離 圖5.3 注射流位置蒸汽質量通率增加而向下游移動 圖5.4 漸縮角度0.5°冷卻水流率與注射流位置關係圖 圖5.5漸縮角度1.0°冷卻水流率與注射流位置關係圖 圖5.6漸縮角度1.5°冷卻水流率與注射流位置關係圖 圖5.7 氣泡尺寸隨蒸汽質量通率變化 圖5.8 氣泡併合現象 圖5.9 流道出口端氣泡 圖5.10 β=0.5°之微流道冷凝雙相流譜 圖5.11 β=1.0°之微流道冷凝雙相流譜 圖5.12 β=1.5°之微流道冷凝雙相流譜 圖5.13 漸縮角度0.5°之冷卻水流率對熱通率影響 圖5.14 漸縮角度1.0°之冷卻水流率對熱通率影響 圖5.15 漸縮角度1.5°之冷卻水流率對熱通率影響 圖5.16 冷水流率5mL/min之角度對冷凝熱通量影響 圖5.17 冷水流率8mL/min之角度對冷凝熱通量影響 圖5.18 冷水流率10mL/min之角度對冷凝熱通量影響 圖5.19 冷水流率5mL/min之角度對冷凝熱通量及注射流位置影響 圖5.20 冷水流率8mL/min之角度對冷凝熱通量及注射流位置影響 圖5.21 冷水流率10mL/min之角度對冷凝熱通量及注射流位置影響 圖5.22 局部熱傳遞係數 圖5.23漸縮角度對熱傳遞係數影響(ms≈2.4×10-6kg/s) 圖5.24漸縮角度對熱傳遞係數影響(ms≈3.20×10-6kg/s) 圖5.25漸縮角度對熱傳遞係數影響(ms≈4.00×10-6kg/s) 圖5.26漸縮角度對熱傳遞係數影響(ms≈4.80×10-6kg/s) 圖5.27漸縮角度對熱傳遞係數影響(ms≈5.50×10-6kg/s) 圖5.28 Qc=5mL/min漸縮角度與局部熱傳遞係數關係 圖5.29 Qc=5mL/min漸縮角度與局部熱傳遞係數關係 圖5.30 Qc=5mL/min漸縮角度與局部熱傳遞係數關係 圖5.31 實驗壓降與預測壓降比對圖C=5 圖5.32 實驗壓降與預測壓降比對圖C=2.6 圖5.33 流道內局部壓力 圖5.34 0.5°角流道內局部壓力 圖5.35 1.0°角流道內局部壓力 圖5.36 1.5°角流道內局部壓力 圖5.37 漸縮角度對局部壓力影響 符號對照表 A_c：局部熱通率所通過的局部流道面積 A_(ch,si)：流道表面積 A_g：流道上方玻璃面積 〖Cp〗_c：冷卻流體定壓比熱 Dh：微流道水力直徑 G_z：局部蒸汽質量通率 g：重力加速度 ka：空氣熱傳導係數 K_Si：矽材之熱傳導係數 H_Si：矽晶圓底部厚度(扣除微流道深度) L：微流道長度 ms ：冷卻水總質量通率 pr：縮比壓力(reduced pressure) Pch：流道周長 Pin：蒸汽入口壓力 q_a：自然對流帶走冷凝熱通率 q_c：冷卻水帶走冷凝熱通率 q_t：蒸汽總體冷凝熱通率 q_r：熱輻射帶走冷凝熱通率 Qc：冷卻水體積流率 RaL：雷利數(Raleigh number) Re：雷諾數(Reynold number) We：韋伯數(Weber number) Tamb：室溫 T c,in：冷卻流體入口溫度 T c,out：冷卻流體出口溫度 T c,in：蒸汽入口溫度 T c,out：蒸汽出口溫度 Tch,w：流道壁面溫度 Tg：玻璃表面溫度 Tsat：飽和溫度 x：乾度 Wg：玻璃平板與空氣接觸之周長 希臘符號 α：空泡分率 β：漸縮角度 βz：均值模空泡分率 ρf：冷凝液體密度 ρv：蒸汽密度 μf：冷凝液體黏度 Χ：洛克哈特-馬丁鎳尼參數