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研究生: 田文斌
論文名稱: 氣泡於水平板面成長與脫離之研究
指導教授: 李雄略
S.L.Lee
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: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 58
中文關鍵詞: 氣泡氣泡成長氣泡脫離孔穴過飽和溶液
外文關鍵詞: bubble, bubble growth, bubble departure, cavities, supersaturated solutions
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  • 本研究是利用數值方法模擬在常溫常壓下的純水溶液底部板面施加二氧化碳通量,當物理性質在不變的情況下水溶液中的二氧化碳濃度達到過飽和時,則氣泡表面因為二氧化碳濃度梯及氣泡底部灌入二氧化碳通量的影響,氣泡在板面上某特定區域內成長之後脫離,並且在氣泡成長過程中氣泡是以固定接觸角和氣泡形狀模式的方式在板面上滑移。
    在固定氣泡高度和氣泡接觸角下會有無限多組氣泡形狀模式,在數值計算中我們皆用同1種氣泡形狀模式,以避免在模擬氣泡成長過程中,氣泡在任何固定高度下其外型皆以不同之氣泡形狀模式成長。
    氣泡底部的接觸面積和氣泡的體積是影響氣泡脫離板面的關鍵,
    氣泡成長過成中可以得知氣泡底部的接觸面積和氣泡的體積會逐漸增加後在減小,氣泡底部的接觸面積達到最大時,氣泡的底部面積會開始快速內縮,在底部面積內縮期間氣泡體積卻維持一定,在相同氣泡體積下的氣泡形狀模式並不唯一,氣泡將固定體積下改變氣泡形狀模式,並且將氣泡的體積除以底面積後我們發現隨著氣泡的高度增加其斜率是以倍數增加,底部接觸面積最大值時的斜率是小於體積的最大值,故我們以底部接觸面積最大值時作為氣泡脫離板面的時機。
    在氣泡成長數顆之後水溶液內的二氧化碳濃是不斷的升高,第1顆氣泡成長是需要比較長的時間,這是因為水溶液內的二氣化碳濃度並未完全受到水溶液底部二氧化碳通量的影響,但在成長數顆後單1氣泡成長時間是成線性增加。
    在計算過程中改變水溶液半徑大小和底部二氧化碳通量大小來討論成長20顆後每1顆氣泡所花費的成長時間,若將水溶液半徑減小和增加水溶液底部二氧化碳通量皆有助於縮短單1氣泡成長時間。


    摘要......................................................I 致謝....................................................III 目錄 IV 圖目錄 VI 符號說明 VII 第一章 序論 1 1.1前言 1 1.2文獻回顧 2 1.3目的 4 第二章 理論分析 5 2.1問題描述 5 2.2統御方程式 7 2.3方程式之無因次化 12 2.4推導氣泡表面速度之邊界條件 17 2.5建立利用氣泡體積尋找氣泡形狀之簡便機制 18 2.6人造之初始濃度場 19 第三章 數值方法 21 3.1擴散方程式之差分 21 3.2動量方程式之差分 23 3.3計算流程 29 第四章 結果與討論 31 4.1模擬參數 31 4.2第1顆氣泡成長情形之描述 32 4.3氣泡脫離板面前與脫離板面後之水溶液內濃度場比較 33 4.4第1顆氣泡脫離板面前速度場和壓力場分佈情形 34 4.5改變底部二氧化碳通量對單1氣泡成長所需的時間變化 34 4.6改變等效半徑對單1氣泡成長所需的時間變化 35 第五章 結論 37 參考文獻 38

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