本論文在探討壓電晶片振盪對流場中速度分佈之影響。主要研究方法為：從管道內流場速度分佈得到速度和頻率變化情形，及管道輸送機制與現象，掌握主動控制參數。 實驗過程中，利用一般市售的壓電材料作為致動裝置，擺放在方形管道內特定位置，並聯4片壓電晶片橫向排列，分別垂直設置在管道前端。使用波型產生器提供晶片特定振動頻率，於管道內擾動流場。方形管道入口則以小型低速風洞輸入特定風速之均勻流。實驗操作參數是以不同的風速搭配不同的晶片振盪頻率來觀測管道中流場速度分布的變化結果。實驗步驟是以流場觀測來做定性分析，使用熱線測速儀來做定量量測。在流場觀測上以雷射切面觀察流場定性變化，了解流場隨時間改變之情形，及各實驗參數改變時的趨勢。熱線測速儀除了量測各個單點速度，得到沿管道徑向平均速度曲線，並藉由高系統響應，探討各點頻率的變動情形。 研究結果顯示，壓電晶片在低頻振動狀態下對於流場有明顯擾動現象，高頻振動於頻譜分析中得到流場擾動傳遞速度高於低頻振動，但對實際流場混合沒有低頻來得有幫助。

This thesis studies the influence of the oscillations of piezoelectric plate upon velocity distributions in a duct flow. The methodology in this thesis is to analyze the variation of velocity and spectrum of the flow field using the distribution angle of the velocity field. The transportation mechanism and the parameters of active control can then be understood with the knowledge of the flow field. In the experiment, we use a regular piezoelectric material as an actuator. The four piezoelectric plates are arranged in spanwise and set up in front of the duct vertically. In addition, an amplifier and a function generator are used to output the sinusoidal wave with a specific frequency in order to disturb the flow field in the duct using oscillation. Low-speed wind tunnel is used to provide uniform flow. Velocity distribution is measured using different experimental parameters, which are resulted from the various compositions of wind velocities and piezoelectric-plate oscillating frequencies. Qualitative analysis is obtained by flow visualization, and quantitative analysis is measured with Hot-Wire Anemometry.    The experimental results show that piezoelectric plates oscillating in lower frequency disturb flow obviously. Although piezoelectric plates oscillating in higher frequency has faster transporting than those in lower frequency does, they do not help as much in flow field mixture as the lower frequency ones do.

目錄....I
第一章 前言....1
1.1 研究動機....1
1.2 文獻回顧....2
第二章 實驗方法與設備....6
2.1  實驗設備....6
2.1-1 壓電晶片....6
2.1-2 低速冷流風洞....6
2.1-3 供氣系統....7
2.1-4 測試段....7
2.1-5 流場觀測系統....8
2.1-6 熱線測速儀(Hot-Wire Anemometry)....9
2.1-6-1 熱線感測器原理....9
2.1-6-2 實驗裝置....11
2.2  實驗方法及實驗參數....11
2.2-1 風洞性能測試....12
2.2-2 壓電晶片振幅量測....13
2.2-3 流場觀測....14
2.2-4 熱線量測配置與校正....15
第三章 結果與討論....17
3.1 流場觀測....18
3.2 速度場分析....19
3.2-1 速度場量測結果....19
3.2-2 頻率域分析結果....21
3.3 結論....24
3.3-1 問題與討論....25
3.3-2 總結....27
參考文獻....33
附錄A、誤差分析....80

表目錄
Table.I 實驗參數表....	35
Table.II 實驗基本物理量....	36

圖目錄
第2章
圖2-1 實驗架構圖....	37
圖2-2 測試段照片....	38
圖2-3 測試段示意圖....	38
圖2-4 壓電晶片照片(圖左為剪裁後之外型，寬為1.5cm)....	39
圖2-5 壓電晶片示意圖....	39
圖2-6 實驗系統設備圖....	40
圖2-7 熱線測速儀感測器示意圖....	41
圖2-8 Wheaston Bridge Circuit....	41
圖2-9 晶片振幅與給定頻率關係圖....	42
圖2-10 變頻器頻率與風洞風速校正關係圖....	42
圖2-11 風洞風速與紊流強度關係圖....	43
圖2-12 熱線測速儀校正線性關係圖....	43
第3章
圖3-1 流場觀測圖....	44
圖3-2 管道速度分佈圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率0 Hz。....	45
圖3-3 管道速度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率20 Hz。....	46
圖3-4 管道速度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率40 Hz。....	47
圖3-5 管道速度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率60 Hz。....	48
圖3-6 管道速度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率80 Hz。....	49
圖3-7 管道速度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率100 Hz。....	50
圖3-8 管道速度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率200 Hz。....	51
圖3-9 管道速度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率0 Hz。....	52
圖3-10 管道速度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率20 Hz。....	53
圖3-11 管道速度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率40 Hz。....	54
圖3-12 管道速度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率60 Hz。....	55
圖3-13 管道速度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率80 Hz。....	56
圖3-14 管道速度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率100 Hz。....	57
圖3-15 管道速度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率200 Hz。....	58
圖3-16 管道紊流強度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率0 Hz。....	59
圖3-17 管道紊流強度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率20 Hz。....	60
圖3-18 管道紊流強度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率40 Hz。....	61
圖3-19 管道紊流強度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率60 Hz。....	62
圖3-20 管道紊流強度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率80 Hz。....	63
圖3-21 管道紊流強度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率100 Hz。....	64
圖3-22 管道紊流強度分布圖-速度5.4 m/s，晶片振動頻率200 Hz。....	65
圖3-23 管道紊流強度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率0 Hz。....	66
圖3-24 管道紊流強度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率20 Hz。....	67
圖3-25 管道紊流強度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率40 Hz。....	68
圖3-26 管道紊流強度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率60 Hz。....	69
圖3-27 管道紊流強度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率80 Hz。....	70
圖3-28 管道紊流強度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率100 Hz。....	71
圖3-29 管道紊流強度分布圖-速度6.5 m/s，晶片振動頻率200 Hz。....	72
圖3-30 頻譜分布圖，管道流速5.4 m/s，晶片振動頻率0 Hz....	73
圖3-31 頻譜分布圖，管道流速5.4 m/s，晶片振動頻率20 Hz....	73
圖3-32 頻譜分布圖，管道流速5.4 m/s，晶片振動頻率40 Hz....	74
圖3-33 頻譜分布圖，管道流速5.4 m/s，晶片振動頻率60 Hz....	74
圖3-34 頻譜分布圖，管道流速5.4 m/s，晶片振動頻率80 Hz....	75
圖3-35 頻譜分布圖，管道流速5.4 m/s，晶片振動頻率100 Hz....	75
圖3-36 頻譜分布圖，管道流速5.4 m/s，晶片振動頻率200 Hz....	76
圖3-37 頻譜分布圖，管道流速6.5 m/s，晶片振動頻率0 Hz....	76
圖3-38 頻譜分布圖，管道流速6.5 m/s，晶片振動頻率20 Hz....	77
圖3-39 頻譜分布圖，管道流速6.5 m/s，晶片振動頻率40 Hz....	77
圖3-40 頻譜分布圖，管道流速6.5 m/s，晶片振動頻率60 Hz....	78
圖3-41 頻譜分布圖，管道流速6.5 m/s，晶片振動頻率80 Hz....	78
圖3-42 頻譜分布圖，管道流速6.5 m/s，晶片振動頻率100 Hz....	79
圖3-43 頻譜分布圖，管道流速6.5 m/s，晶片振動頻率200 Hz....	79

[1] Lachman G, editor. “Boundary layer and flow control”, vols. 1,2.Oxford:Pergamon Press; 1961.
[2] Perry, A. E. “Hot-wire anemometry” Oxford science publications, Oxford science publications, 1982.
[3]Lomas, Charles G.. “Fundamentals of hot wire anemometry”, Cambridge , 1986, New York.
[4] M.Rashidi, G.Hetsroni and S.Banerjee, ”Particle-Turbulence Interaction in a Boundary Layer”, Int. J. Multiphase Flow(1990),Vol.16,No.6,pp.935~949
[5] John M. Wiltse and Ari Glezer, ”Manipulation of free shear flows using piezoelectric actuators”, J. Fluid Mech. (1993),Vol.249 pp.261~285
[6] Mohamed Gad-el-Hak, Andrew Pollard, Jean-Paul Bonnet, eds, “Flow control : fundamentals and practices”, Berlin ; New York : Springer-Verlag, 1998.
[7] Chunhong He and Goodarz Ahmadi, ”Particle Deposition with Thermophoresis in Laminar and Turbulent Duct Flows”, Aerosol Science and technology(1998), 29:525-5461
[8] Seung Jo Kim,Kyung Yeok Song, ”Active Control of Sound Field from Plates in Flow by Piezoelectric Sensor/Actuator”, AIAA Journal(1999),Vol.37,No.10,pp1180~1186
[9] Haifeng Zhang and Goodarz Ahmadi, ”Aerosol particle transport and deposition in vertical and horizontal turbulent duct flow”, J. of Fluid Mech. (2000),Vol.406, pp55-88
[10] Jeroure Couche, ”Active Control of automobile cabin noise”, Master of Science in Mechanical Engineering
[11] Chester Lee, Guang Hong, Q. P. Ha and S. G. Mallinson, “A piezoelectrically actuated micro synthetic jet for active flow control, Sensors and Actuators”, A: Physical, Volume 108, Issues 1-3, 15 November 2003, Pages 168-174.
[12] Kim, Yong-Hwan (Department of Mechanical Engineering, Pohang Univ. of Science/Technology); Wereley, Steven T.; Chun, Chung-Hwan ,  “Phase-resolved flow field produced by a vibrating cantilever plate between two endplates”, Physics of Fluids, v 16, n 1, January, 2004, p 145-162.
[13] Hsiao, Fei-Bin (Inst. of Aeronaut. and Astronautics, National Cheng Kung University); Hsu, I-Che; Hsu, Cheng-Chiang, “Instability modal behavior of the acoustically excited impinging plane jet with a small cylinder”, Journal of Mechanics, v 20, n 2, June, 2004, p 145-157.
[14] 彭孟德，”壓電薄膜在流場分離控制上之應用探討”，國立雲林科技大學，碩士論文，民國91年。