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研究生： 吳奇永
WU CHI YUNG
論文名稱： 微流道內流體的自由液面形狀及流體流動之動態數值模擬
指導教授： 李雄略
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 28
中文關鍵詞： 數值模擬 、微流道 、接觸角 、表面張力 、自由液面
外文關鍵詞： Numerical Simulation, Micro Channel, Contact Angle, Surface Tension, Free Surface
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    • 微機電系統是近年來世界各國積極投入的一個新興領域，在此微科技的領域裡，表面張力的重要性將大幅提高，其中對於微流道的影響更是舉足輕重。可惜目前國內外對微流道的研究多半著重於微流道的製程研發以及一些觀察實驗，因此我們不易由微觀面得知流體自由液面的形狀、外推速度等。
    本文利用 Lee and Lee / 2003 [1] 的幾何解析法則，即三點定一圓之方法繪出自由液面的形狀，並利用 Hoffman-Kistler’s model來修正出當液體流動時，流體自由液面與固體邊界接觸之動態接觸角。同時計算出在不同的壓力差、流道尺寸以及靜態接觸角……等等情況下，對微流道之流量以及自由液面形狀的影響，進而幫助研發出更有效率的微流道結構。

    摘要 誌謝 目錄 圖目錄 符號說明 第一章 緒論 1 § 1.1 前言 1 § 1.2 文獻回顧 2 § 1.3 研究動機及目的 3 § 1.4 本文之大綱 4 第二章 理論分析 6 § 2.1 問題描述 6 § 2.2 統御方程式 6 § 2.3 流動引致壓力( )之決定 9 § 2.4 液面曲率( ) 11 § 2.5 動態接觸角 12 第三章 數值方法 13 § 3.1 差分動態方程式 13 § 3.2 網格設置及計算區域 14 § 3.3 靜態及動態接觸角 14 § 3.4 曲率的計算 15 § 3.5 計算流程 15 第四章 結果與討論 18 § 4.1 上下板為相同之疏水材 18 § 4.2 上下板為相同之親水材質 21 § 4.3 上下板為不同材質 22 § 4.4 與1-D Approximation之比較 23 第五章 結論 25 參考文獻 26

    1. S. L. Lee and H. D. Lee “Evolution of the Liquid Meniscus in a Capillary-Force-Dominant Flow” The 14th International Symposium on Transport Phenomena, 6-10 July 2003, Bali, Indonesia.
    2. S. F. Kistler “Hydrodynamics of Wetting, in Wettability” J. C. Berg, ed., Chapter 6, 311-429(Marcel Dekker, New York, 1993).
    3. Ping Sheng and Minyao Zhou “Immiscible-fluid displacement: Contact-line dynamics and the velocity-dependent capillary pressure” Physical Review A,Vol. 45,5694-5708(1992).
    4. Wei Huang and Raghbir S. bhullar “The surface-tension-driven flow of blood from a droplet into a capillary tube” Journal of Biomechanical Engineering,Vol. 123,446-454(2001).
    5. H. Fan and Y. X. Gao, “Thermodynamics modeling for moving contact line in gas/liquid/solid system: Capillary rise problem revisited”, Physics of Fluids, Vol. 13, 1615-1623(2001).
    6. S. L. Lee and S. R. Sheu “A new numerical formulation for incompressible viscous free surface flow without smearing the free surface” International Journal of Heat and Mass Transfer 44, 1837-1848 (2001).
    7. 郭仕奇 (Shyh-Chyi Cuo) “流體拉伸式微液體混合器之研發” 國立清華大學/工程與系統科學系/89/碩士/89NTHU0593043

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