王興華臺灣大學:機械工程學研究所李瑞彬Li, Ruei-BinRuei-BinLi2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-2507200811185300http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187314本文主要利用一自行設計之壓電式液滴產生器，以控制產生的方式產生液滴，經由影像擷取系統拍攝液滴產生的過程，並藉由調整不同的參數(電壓與頻寬)，找出各種不同口徑之噴嘴與不同致動模式下，液滴產生器可產生穩定液滴與衛星液滴之範圍，以及液滴之粒徑分布與液滴形成時間。並藉由製作液滴產生之時序圖，探討主液滴與衛星液滴產生的機制，與衛星液滴對於液滴產生之尺寸與形成時間所造成的影響。This article focus on the process of droplet breakup and the formation of satellite droplet. By the method of Drop-On-Demand (DOD) to generate droplet, we design a piezoelectric droplet generator. This work will analyze droplet generated under different controlled parameters (voltage and pulse width). We map the regime of the formation of stable single droplet and satellite droplet under different actuate modes and different nozzle diameters. Droplet size and broken time are also been discussed here.We also make images of the sequence of droplet formation. These will help us understand the mechanism of droplet breakup and the influence of satellite droplet中文摘要 1文摘要 II錄 ......................................................................................................................Ⅲ表目錄......................................................................................................................Ⅴ一章 緒論 1-1 前言 1-2 文獻回顧 2-3 研究動機與目的 7二章 基礎理論 8-1 液滴產生相關參數 8-2 壓力波傳遞理論 8-3 液柱拉斷裂機制 11-4 低速噴流之斷裂理論 12-5 衛星液滴形成機制 15-6 衛星液滴產生判斷式 17-7 影像處理介紹 18-7-1 灰階化 18-7-2 二值化 18-7-3 找邊 19三章 實驗裝置介紹與實驗步驟 20-1 液滴產生及控制裝置 20-1-1 液滴觀察方法 20-1-2 液滴產生方式 21-1-3 液滴產生器 23-1-4 本實驗正反向操作介紹 24-1-5 壓電材料簡介 27-1-6 液滴產生器及儲液槽的放置設備 28-1-7 液滴控制電子裝置 28-2 影像拍攝裝置 29-2-1 閃頻儀（Strobescope） 30-2-2 C.C.D及放大鏡頭組 30-2-3 影像處理系統 30-3 實驗操作與拍攝 31-3-1 鏡頭倍率校正 31-3-2 不準度分析 32-3-3 液滴的產生與控制 33-3-4 液滴成型穩定範圍實驗 34-4 實驗數據讀取與分析處理 35-4-1 讀取實驗數據 35-4-2 數據的分析與處理 36-5 實驗數據之誤差分析 36四章 實驗結果與討論 38-1不準度分析 38-1-1體積積分程式誤差 38-1-2不同鏡頭倍率之比較 38-2衛星液滴產生之現象觀察 39-2-1 60μm噴嘴-反向訊號輸入 39-2-2 60μm噴嘴-正向訊號輸入 40-2-3 600μm，930μm噴嘴-正反向訊號輸入 40-3不同口徑之噴嘴比較 41-3-1穩定範圍比較 41-3-2 液滴尺寸大小比較 42-4 正反向訊號輸入比較 42五章 結論與未來展望 43-1 結論 43-1-1 積分程式誤差 43-1-2 鏡頭倍率影響 43-1-3 輸入電壓及頻寬影響 43-1-4 噴嘴口徑大小影響 44-1-5 正反向訊號輸入比較 44-2 未來展望 45考文獻 46文摘要 1文摘要 II錄 ......................................................................................................................Ⅲ表目錄......................................................................................................................Ⅴ一章 緒論 1-1 前言 1-2 文獻回顧 2-3 研究動機與目的 7二章 基礎理論 8-1 液滴產生相關參數 8-2 壓力波傳遞理論 8-3 液柱拉斷裂機制 11-4 低速噴流之斷裂理論 12-5 衛星液滴形成機制 15-6 衛星液滴產生判斷式 17-7 影像處理介紹 18-7-1 灰階化 18-7-2 二值化 18-7-3 找邊 19三章 實驗裝置介紹與實驗步驟 20-1 液滴產生及控制裝置 20-1-1 液滴觀察方法 20-1-2 液滴產生方式 21-1-3 液滴產生器 23-1-4 本實驗正反向操作介紹 24-1-5 壓電材料簡介 27-1-6 液滴產生器及儲液槽的放置設備 28-1-7 液滴控制電子裝置 28-2 影像拍攝裝置 29-2-1 閃頻儀（Strobescope） 30-2-2 C.C.D及放大鏡頭組 30-2-3 影像處理系統 30-3 實驗操作與拍攝 31-3-1 鏡頭倍率校正 31-3-2 不準度分析 32-3-3 液滴的產生與控制 33-3-4 液滴成型穩定範圍實驗 34-4 實驗數據讀取與分析處理 35-4-1 讀取實驗數據 35-4-2 數據的分析與處理 36-5 實驗數據之誤差分析 36四章 實驗結果與討論 38-1不準度分析 38-1-1體積積分程式誤差 38-1-2不同鏡頭倍率之比較 38-2衛星液滴產生之現象觀察 39-2-1 60μm噴嘴-反向訊號輸入 39-2-2 60μm噴嘴-正向訊號輸入 40-2-3 600μm，930μm噴嘴-正反向訊號輸入 40-3不同口徑之噴嘴比較 41-3-1穩定範圍比較 41-3-2 液滴尺寸大小比較 42-4 正反向訊號輸入比較 42五章 結論與未來展望 43-1 結論 43-1-1 積分程式誤差 43-1-2 鏡頭倍率影響 43-1-3 輸入電壓及頻寬影響 43-1-4 噴嘴口徑大小影響 44-1-5 正反向訊號輸入比較 44-2 未來展望 45考文獻 462-1 單脈衝電壓型態 圖2-2 壓電式收縮管型噴頭 492-3 有限長度腔室內初始壓力波的行進與分離分佈圖 492-4 壓力波在開口端與閉口端反射之示意圖 492-5 腔室內初始壓力波的行進與反射連續示意圖 502-6 液柱拉伸斷裂機制圖 512-7 圓管狀噴流之座標及相關變數 512-8 噴流直徑，波長與液滴尺寸的關係 513-1 實驗設備示意圖 523-2 實驗設備實體全貌 523-3 連續產生型噴墨技術示意圖 533-4 控制產生型噴墨技術示意圖 533-5 液滴產生器 (droplet generator) 543-6 液滴產生器拆解與組裝圖 543-7 噴嘴製作過程示意圖 543-8 噴嘴外形圖 553-9 噴嘴口徑圖 553-10 正向訊號輸入產生模式示意圖 553-11 反向訊號輸入產生示意圖 563-12 壓電效應示意圖 563-13 壓電陶瓷在居禮溫度以上及以下的晶體結構 563-14 儲液瓶與液滴產生器固定裝置 573-15 液滴控制電子裝置 573-16 閃頻儀 583-17 CCD與放大鏡頭組 583-18 兩種積分程式原理 593-19 分析範例之固定尺寸圓球 593-20 二值化後之圓球影像 593-21 找邊後之圓球影像 603-22 像素擷取程式 603-23 像素擷取程式液滴邊界點輸出 603-24 積分程式 614-1 繪圖軟體所繪之各種像素直徑之圓 624-2 60μm噴嘴反向 300μs 27.2v 634-3 60μm噴嘴反向 300μs 28.0v 644-4 60μm噴嘴反向 300μs 35.9v 654-5 60μm噴嘴反向 300μs 38.7v 664-6 60μm噴嘴反向 300μs 39.8v 674-7 60μm噴嘴反向 500μs 27.2v 684-8 60μm噴嘴反向 500μs 28.0v 694-9 60μm噴嘴反向 500μs 35.0v 704-10 60μm噴嘴反向 500μs 38.1v 714-11 60μm噴嘴反向 500μs 38.8v 724-12 60μm噴嘴反向 700μs 24.3v 734-13 60μm噴嘴反向 700μs 25.2v 744-14 60μm噴嘴反向 700μs 31.4v 754-15 60μm噴嘴反向 700μs 33.0v 764-16 60μm噴嘴反向 700μs 33.9v 774-17 60μm噴嘴正向 100μs 33.4v 784-18 60μm噴嘴正向 100μs 34.1v 794-19 60μm噴嘴正向 100μs 36.0v 794-20 60μm噴嘴正向 100μs 39.1v 804-21 60μm噴嘴正向 100μs 44.8v 814-22 60μm噴嘴正向 300μs 26.3v 824-23 60μm噴嘴正向 300μs 27.0v 834-24 60μm噴嘴正向 300μs 28.4v 844-25 60μm噴嘴正向 300μs 30.5v 854-26 60μm噴嘴正向 300μs 34.1v 864-27 60μm噴嘴正向 500μs 25.2v 874-28 60μm噴嘴正向 500μs 26.0v 884-29 60μm噴嘴正向 500μs 27.7v 894-30 60μm噴嘴正向 500μs 29.6v 904-31 60μm噴嘴正向 500μs 30.2v 914-32 600μm噴嘴反向 900μs 82.7v 924-33 600μm噴嘴反向900μs 83.0v 934-34 600μm噴嘴反向900μs 85.2v 944-35 600μm噴嘴反向900μs 86.1v 954-36 600μm噴嘴反向900μs 86.8v 964-37 600μm噴嘴反向2900μs 67.1v 974-38 600μm噴嘴反向2900μs 68.5v 984-39 600μm噴嘴反向2900μs 69.1v 994-40 600μm噴嘴反向2900μs 70.3v 1004-41 600μm噴嘴正向900μs 92.0v 1014-42 600μm噴嘴正向900μs 92.5v 1024-43 600μm噴嘴正向900μs 95.3v 1034-44 600μm噴嘴正向2900μs 53.5v 1044-45 600μm噴嘴正向2900μs 55.6v 1054-46 600μm噴嘴正向2900μs 64.1v 1064-47 600μm噴嘴正向2900μs 67.9v 1074-48 600μm噴嘴正向2900μs 73.0v 1084-49 930μm噴嘴反向2300μs 93.4v 1094-50 930μm噴嘴反向2300μs 95.6v 1104-51 930μm噴嘴反向2900μs 86.4v 1114-52 930μm噴嘴反向2900μs 87.5v 1124-53 930μm噴嘴反向2900μs91.1v 1134-54 930μm噴嘴反向2900μs 93.5v 1144-55 930μm噴嘴反向2900μs 95.9v 1154-56 930μm噴嘴正向1700μs 95.9v 1164-57 930μm噴嘴正向2900μs 89.0v 118表4-1 積分程式誤差表 119表4-2 積分程式誤差圖 119表4-3 鏡頭一倍率之鋼球體積誤差 圖表4-4 鏡頭二倍率之鋼球體積誤差 120表4-5 60μm噴嘴反向穩定範圍表 121表4-6 60μm噴嘴反向穩定範圍圖 122表4-7 60μm噴嘴正向穩定範圍表 123表4-8 60μm噴嘴正向穩定範圍圖 124表4-9 600μm噴嘴反向穩定範圍表 125表4-10 600μm噴嘴反向穩定範圍圖 126表4-11 600μm噴嘴正向穩定範圍表 126表4-12 600μm噴嘴正向穩定範圍圖 127表4-13 930μm噴嘴反向穩定範圍表 128表4-14 930μm噴嘴反向穩定範圍圖 129表4-15 930μm噴嘴正向穩定範圍表 129表4-16 930μm噴嘴正向穩定範圍圖 1306372971 bytesapplication/pdfen-US壓電控制產生液滴液滴斷裂衛星液滴噴墨印刷piezoelectricdrop-on-demanddroplet breakupsatellite dropletink jet 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