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系統識別號 U0002-2908200816121700
中文論文名稱 聲波激擾對管道中懸浮粒子之特性研究
英文論文名稱 Effects of Acoustic Excitation on Floating Particles in a Duct Flow
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 劉泓孝
研究生英文姓名 Hung -Shiau Liu
學號 695430073
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-17
論文頁數 83頁
口試委員 指導教授-湯敬民
委員-陳增源
委員-湯同達
中文關鍵字 粒子影像測速儀  粒子沉積  聲波激擾 
英文關鍵字 particle image velocimetry  particle deposition  acoustic excitation 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本實驗之目的,是想建立一可應用於低速管流之低成本、非套裝式的粒子影像測速儀。其中系統主要光源為具180mJ輸出之Nd-YAG脈衝雷射。研究中參考過去流場粒子沉積控制及觀測的結果,探討流速與激擾頻率間的相互關係。
實驗中主要可分為兩大部分探討,(1)無激擾管流、(2)激擾管流:無激擾管流主要檢測流體在無激擾的情況下之流況,藉由熱線測速儀所量測的結果顯示,在距離管道出口5cm之紊流強度值均在6.50×10-3左右;激擾管流則是探討聲波激擾下管道中懸浮粒子的運動情形,當相位角度較小時,分離點會出現在激擾源上方,但隨著相位角度的增加(由0°逐漸增加到360°),分離點所產生的位置會偏向下游。當相位角度為30°~180°時,則可以得知相位角度的改變不但能改變下游之流場也可以使分離點延後發生,讓上游之流體能量傳遞至後方進而減少粒子沉積在管道之中。
英文摘要 The main objective of this study is to set-up a low-cost, non-packaged particle image velocimetry which can be used for low-speed pipe flow where the major light source of this system is an Nd-YAG pulsed laser whose power output is 180mJ. Base on previous experimental results about the control of particle disposition and flow visualization, the interaction between excitation frequency and exist wind speed will be well investigated in this study.
The experimental discussions can be divided into two parts, (1) non-excited pipe flow; (2) excited pipe flow. The non-excited experiments mainly examine the flow fundamental properties. Via the hot-wire measurement, the value of turbulent intensity is about 6.50×10-3 at the location of 5cm away from pipe exit.
And the experiments of excited pipe flow investigate the motion of drift-particles under acoustic excitation in pipe flow. At lower phase angle, the separation point will appear at the top location of the acoustic source. But increasing of the phase angle, the location of separation point will move downstream. The change of phase angle between 30°~180° can not only change the flow field at downstream, but also delay the appearance of separation point. The energy of the flow field at upstream can convect to far downstream and decrease the particle deposition inside the pipe when phase angle changes.
論文目次 目錄----------------------------------------------I
圖目錄------------------------------------------III
第一章
前言---------------------------------------1
1-1 研究動機---------------------------------1
1-2 文獻回顧---------------------------------2
1-3 研究重點---------------------------------6
第二章
實驗設備與方法-----------------------------7
2-1 實驗設備與步驟----------------------------7
2-2流場觀測系統-------------------------------7
2-2-1 低速冷流風洞---------------------7
2-2-2 供氣系統---------------------------8
2-2-3 揚聲器-----------------------------8
2-2-4 觀測段-----------------------------9
2-2-4-1 觀試段之相關研究--------------9
2-2-4-2 實驗裝置----------------------9
2-2-5 CCD、半導體雷射與發煙系統------------10
2-3 速度量測系統------------------------------11
2-3-1雷射光頁----------------------------11
2-3-2 顆粒儲存及植入裝置-----------------12
2-4實驗參數----------------------------------13
2-5 PIV理論與分析------------------------------14
2-6 熱線測速儀--------------------------------20
2-6-1 熱線感測器原理---------------------20
2-6-2 實驗裝置---------------------------22
2-6-3 風洞性能測試-----------------------22
2-6-4熱線量測配置與校正------------------23
2-7 PIV驅動模式--------------------------------25
2-8 實驗步驟----------------------------------27
2-9實驗分析軟體 Provision-XS------------------28
2-9-1 影像處理---------------------------28
2-9-2 影像分析流程-----------------------28
第三章
結果與討論--------------------------------30
3-1 流場觀測--------------------------------30
3-2 無激擾管流-----------------------------32
3-3 激擾管流-------------------------------32
第四章 未來方向----------------------------------35
4-1未來方向----------------------------------35
參考文獻-----------------------------------------37
附錄 -------------------------------------------
附錄一.------------------------------------------72

圖 目 錄
圖2-1 實驗研究架構圖 .......................................................... 40
圖2-2 流場觀測實驗之架設示意圖 ...................................... 41
圖2-3 激擾實驗之架設示意圖 .............................................. 42
圖2-4為不同時序下相位角同為180°之瞬時流場流線圖 .. 43
圖2-5 管道風速為4m/s之局部流場特徵頻率圖 ................ 44
圖2-6 數位向量法示意圖 ...................................................... 44
圖2-7熱線測速儀感測器示意圖 ........................................... 45
圖2-8惠斯敦電橋(Wheatstone bridge circuit) ....................... 45
圖2-9 風速與紊流強度關係圖 .............................................. 46
圖2-10為距離管道出口5cm之截面量測Tu示意圖 .......... 47
圖2-11為雷射訊號發射模式 ................................................. 48
圖2-12 為CCD在PIV模式驅動訊號圖 ............................. 48
圖2-13為雷射、CCD之同步化訊號模式圖 ........................ 49
圖2-14 為一周期之相位角度判別示意圖 ............................ 50
圖2-15 為Provision-XS之運作步驟圖 ................................ 51
圖3-1 流場觀測圖 .................................................................. 52
圖3-2 流場觀測圖 .................................................................. 52
圖3-3 流場觀測圖 .................................................................. 53
圖3-4 流場觀測圖 .................................................................. 53
圖3-5 流場觀測圖 .................................................................. 54
圖3-6 PIV系統量測位置之示意圖 ..................................... 55
圖3-7 Re=24645、風速4m/s均勻流場流線圖 .................. 56
圖3-8 Re= 12323、風速2m/s均勻流場流線圖 ................. 56
圖3-9(a) 風速4m/s時用HWA沿管道中心軸量取之速度 . 57
圖3-9(b) 風速4m/s時用HWA沿管道中心軸量取之紊流強度 .................................................................................................. 57
圖3-10 (a) 相位角度0°~30°激擾流線圖 .............................. 58
圖3-10 (b) 相位角度0°~30°激擾向量圖 .............................. 58
圖3-11(a) 相位角度30°~60°激擾流線圖 ............................. 59
圖3-11(b) 相位角度30°~60°激擾向量圖 ............................. 59
圖3-12(a) 相位角度60°~90°激擾流線圖 ............................. 60
圖3-12(b) 相位角度60°~90°激擾流線圖 ............................. 60
圖3-13(a) 相位角度90°~120°激擾流線圖 ........................... 61
圖3-13(b) 相位角度90°~120°激擾向量圖 ........................... 61
圖3-14(a) 相位角度120°~150°激擾流線圖 ......................... 62
圖3-14(b) 相位角度120°~150°激擾向量圖 ......................... 62

圖3-15(a) 相位角度150°~180°T激擾流線圖 ...................... 63
圖3-15(b) 相位角度150°~180°T激擾向量圖 ...................... 63
圖3-16(a) 相位角度180°T~180°B激擾流線圖 ................... 64
圖3-16(b) 相位角度180°T~180°B激擾向量圖 ................... 64
圖3-17(a) 相位角度180°B~210°激擾流線圖 ...................... 65
圖3-17(b) 相位角度180°B~210°激擾向量圖 ...................... 65
圖3-18(a) 相位角度210°~240°激擾流線圖 ......................... 66
圖3-18(b) 相位角度210°~240°激擾向量圖 ......................... 66
圖3-19(a) 相位角度240°~270°激擾流線圖 ......................... 67
圖3-19(b) 相位角度240°~270°激擾向量圖 ......................... 67
圖3-20(a) 相位角度270°~300°激擾流線圖 ......................... 68
圖3-20(b) 相位角度270°~300°激擾向量圖 ......................... 68
圖3-21(a) 相位角度300°~330°激擾流線圖 ......................... 69
圖3-21(b) 相位角度300°~330°激擾向量圖 ......................... 69
圖3-22(a) 相位角度330°~360°激擾流線圖 ......................... 70
圖3-22(b) 相位角度330°~360°激擾向量圖 ......................... 70
圖3-23 激擾週期(相位角0°~360°)之流線圖 ....................... 71
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