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系統識別號 U0002-0908200512084500
中文論文名稱 曲面微噴嘴/擴大器之數值分析
英文論文名稱 Numerical studies of Curved-walled Micro Nozzle/Diffuser
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 張明正
研究生英文姓名 Ming-Cheng Chang
學號 692340143
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-07-20
論文頁數 53頁
口試委員 指導教授-康尚文
共同指導教授-杜文謙
委員-張培仁
委員-康淵
委員-張正興
中文關鍵字 噴嘴  擴大器  Fluent  壓損係數 
英文關鍵字 Nozzle  Diffuser  Fluent  pressure loss coefficient 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究利用Fluent軟體模擬分析直線邊界和曲面邊界微噴嘴/擴大器的流力特性與比較其性能。
結果顯示,微噴嘴和擴大器的壓損係數( ξ )會隨著雷諾數的增加而減小,但壓損係數比( η )反而會隨著雷諾數的增加而增大;而在相同的雷諾數下,擴大器的壓損係數會低於噴嘴的壓損係數。
計算各種不同外型微噴嘴/擴大器壓損係數之模擬值,再與文獻中之解析值與實驗值比較,結果顯示,邊界為曲面形貌(5/3次方)之微噴嘴/擴大器雖然具有較高之壓損係數,但是擁有比直線邊界較高之壓損係數比,因此能夠獲得較高之驅動流量有效提高微型噴嘴/擴大器之效率,且模擬值和實驗值亦可符合解析值。對於未來於無閥幫浦之設計與應用,可提供一明確之參考依據。
英文摘要 This paper presents CFD-simulation of the performance of straight-walled and curved-walled Micro nozzle/diffuser by Fluent software. Such nozzle/diffuser are used in valveless micro-pumps.
The results show that the pressure loss coefficient for the nozzle/diffuser decreases with the Reynolds number whereas the ratio of the pressure loss coefficient increases with the Reynolds number. At the same Reynolds number, the pressure loss coefficient for nozzle is higher than that of the diffuser.
The model is compared with different previously experimental measurements and shows good agreement. For a fixed volumetric flow rate, results show the curved profile bounder nozzle/diffuser have higher pressure loss coefficient and higher ratio of the pressure loss coefficient as well than that of the straight profile bounder. The theoretical analysis and design basis can then be formulated for the reference and application need in the fabrication of micro nozzle/diffuser from this study.
論文目次 目 錄
中文摘要…………………………………..……………………………………………i
英文摘要…………………………………..…………………………………………...ii
目錄................................................................................................................................iv
圖目錄.…………………………………………….……..…………………………....vi
表目錄.…………………………………………………..….………………………..viii
符號說明………………………………………………………….….………………..ix
第一章 緒論……………………………………………………………..……………..1
1-1 研究動機………………………………………………………………...1
1-2文獻回顧…………………………………………………….…………...3
1-3 研究目的………………………………………………………………...7
第二章 理論簡介…………………………………………………………………..…..8
2-1無閥式微幫浦理論…………….………………………………………...8
2-2噴嘴/擴大器之理論…………………………….………………………..9
2-2-1不可壓縮流體…………….……………………………………...9
2-2-2可壓縮流體..................................................................................14
第三章 數值模擬分析……………..………..…………………………..……………16
3-1 Fluent套裝軟體簡介……..…………………………………………….16
3-2 Fluent之基礎理論……………..……………………………………….18
3-3數值模擬…….………………………………………………………….20
3-3-1模型建構…………….………….………………………..……...20
3-3-2演算法的選擇...............................................................................20
3-3-3邊界設定…………….…………………………………...……...21
第四章 結果與討論…...………….………………………..…………………………22
4-1 模擬分析……………………………………………………………….22
4-1-1 相同進出口截面之直線與曲面邊界分析比較.……...……….22
4-1-2 相同進口截面、容積之直線與曲面邊界分析比較………….27
4-2 理論值、實驗值分析………………………………….……………….32
4-3 雷諾數對壓損係數之影響…………………………….……………….37
第五章討論……….….………………………………………………..………………40
5-1 總結………………………………………………………………….....40
5-2 未來發展與建議…………………..…………………………………...42
參考文獻………………………………………………………………….….………..43
附錄………………………………………………………………………..…………..45

















圖目錄
圖1-1 Gerlach 和 Wurmus在1995年所提出的valve-less pump圖示…….….....3
圖1-2 Re = 200~1000平板形擴大器之壓損係數關係圖……………….……..…..5
圖2-1 微幫浦作動式意圖………….……………...………..…………………..…...8
圖 2-2 噴嘴或擴大器的概要圖示…………………...…...……….………….….…..9
圖 2-3 不同微型噴嘴/擴大器之損失係數K和壓損係數 …………..………..…..11
圖 2-4 曲面結構之微型噴嘴∕擴大器………...………………………………..……13
圖 2-5 壓縮流體減速過程示意圖…………….……………………………..……..14
圖 3-1 問題求解步驟流程……………………….…………………………..….….16
圖 4-1 20°直線與曲面邊界微結構之示意圖……………………………….…..…22
圖 4-2 5°相同進出口直線與曲面邊界微噴嘴/擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖…………………………………………………………….….....23
圖 4-3 10°相同進出口直線與曲面邊界微噴嘴/擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖………….…………………………………………………….....23
圖 4-4 15°相同進出口直線與曲面邊界微噴嘴/擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖…………………………………….………………………..…...24
圖 4-5 20°相同進出口直線與曲面邊界微噴嘴/擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖………………………………….…………………………..…...24
圖 4-6 雷諾數( Re ) = 70,相同進出口截面之直線邊界微噴嘴/擴大器之角度( θ )與壓損係數( ξ )關係圖………………………………………………….….25
圖4-7 雷諾數( Re ) = 70,相同進出口截面之曲面邊界微噴嘴/擴大器之角度( θ )與壓損係數( ξ )關係圖………………………………………………..…….25
圖4-8 20°直線與曲面邊界( 5/3次方)微結構之比較圖……………………….….27
圖4-9 5°相同進口截面、容積之直線與曲面邊界( 5/3次方)微噴嘴/擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖.……………………………………….......28
圖4-10 10°相同進口截面、容積之直線與曲面邊界( 5/3次方)微噴嘴/擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖………………………………..………..28
圖4-11 15°相同進口截面、容積之直線與曲面邊界( 5/3次方)微噴嘴/擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖…………………………………….…...29
圖4-12 20°相同進口截面、容積之直線與曲面邊界( 5/3次方)微噴嘴/擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖…………………………………….…...29
圖4-13 雷諾數( Re ) = 70,相同進口截面、容積之曲面邊界微噴嘴/擴大器之係數a與壓損係數( ξ )關係圖………………………………...………….…..30
圖 4-14 直線邊界微擴大器之雷諾數與壓損係數關係圖……………...……..…..33
圖4-15 直線邊界微噴嘴之雷諾數與壓損係數關係圖………………………..…33
圖4-16 曲面邊界微擴大器之雷諾數與壓損係數關係圖……………………..…34
圖4-17 曲面邊界微噴嘴之雷諾數與壓損係數關係圖………………………......34
圖4-18 5ml/min流量下,不同開口角度之壓損係數……………………….…..35
圖4-19 5ml/min流量下,以 曲線為邊界曲面結構在不同係數 下之壓損係數……………………………………………………………….…....35
圖4-20 直線邊界微擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖………….…..37
圖4-21 曲面邊界( 5/3次方)微擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖.….37
圖4-22 直線邊界微擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖………….…..38
圖4-23曲面邊界( 5/3次方)微擴大器之雷諾數( Re )與壓損係數( ξ )關係圖.….38






表目錄
表3-1 微噴嘴∕擴大器尺寸說明…………………………………………………..….19
表4-1 Re = 70,微型噴嘴∕擴大器之壓損係數ξ ………………………………......20
表4-2 微型噴嘴∕擴大器之壓損係數ξ……………………………………………….27
表4-3 微型噴嘴∕擴大器之壓損係數ξ 與壓損係數比η………………………..….32
參考文獻 參考文獻
[1] F. C. M. Van De Pol, “A pump based on micro-engineering techniques”, Thesis, University of Twente, the Netherlands, 1989
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[13] Fluent, Fluent 6 User’s Guide, Fluent Inc., Lebanon, NH, 2000.
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