潘國隆臺灣大學:機械工程學研究所曾琨程Tseng, Kun-ChengKun-ChengTseng2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-2307200820575000http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187077本研究以實驗之方式來探討液滴撞擊乾平板之物理現象，並建立了一套可以帶動液滴，使其在短距離內就可以加速液滴之設備。在單顆液滴撞擊平板方面，使用純水、甘油水、Heptane、Nonane四種溶液來當其碰撞液體，控制參數為撞擊速度、表面粗糙度。 實驗之重點在於由上方清楚的拍攝其液滴撞擊平板的過程，因前人鮮少有在液滴與乾版撞擊時，由上方拍攝與記錄，並探討其液體會發生之各種物理現象。此外由於使用之高速攝影機能將其撞擊之情形紀錄下來，才得以對每種液體之飛濺直徑與最大擴張直徑作分析與探討。並在指狀數目與表面粗糙度之關係與前人做探討與分析。The study discusses the physical atmosphere of the droplet impact the dry surface with the experiment and designs the appliance to speed droplet in a short distance. With regard to a droplet hitting dry surface, the liquid used to hit are water, Glycerol, Heptane, and Nonane. The control parameter is hitting speed and surface roughness. The experiment emphasizes the liquid hitting surface process by the picture taking from the top because there are few studies used by this way, and it also discusses the different physical atmosphere. In addition, on account of the hitting process capture of the high speed video camera, we can analyze and discuss the splash diameter and maximum spread diameter of different liquid. There also discusses the relation with the number of fingers and surface roughness and compare with the former workers.中文摘要 I文摘要 III文目錄 V目錄 VII號說明 XI 一 章 緒論 1-1 前言 1-2 文獻回顧 2-3 研究動機及目的 9 二 章 實驗設備裝置 10-1 液滴產生裝置 10-1-1 液滴產生器 10-1-2 電子控制裝置 11-2 液滴撞擊系統 12-3 影像拍攝系統 13-4 影像處理系統 15-5 其他測量設備 16 三 章 實驗步驟與基礎理論 18-1 實驗操作與拍攝 18-1-1 不同溶液與平板碰撞之操作 18-1-2 調配不同黏滯性水溶液之操作 18-2 實驗數據讀取與分析 19-3 實驗數據之誤差分析 19-4 基礎理論 20-4-1 液滴拉伸斷裂理論 21-4-2 液滴與平板碰撞理論 21-5 液滴破裂機制之探討 23-5-1 研究之動機 23-5-2 破碎之情形 23-5-3 破裂形狀與機制之探討 23 四 章 實驗之結果與討論 25 五 章 結論與未來發展 32考文獻 34目錄2.1 實驗設備簡圖 392.2整體加速設備實圖 402.3液滴產生器 412.4控制箱實圖 412.5 漸縮段實圖 422.6 撞擊表面，由左到右其粗糙度為Ra=0.20μm，Ra=0.07μm，Ra=0.003μm 422.7 高速攝影機 432.8 Nikon(105mm)可調焦鏡頭 432.9 Computar(EX2C)微拍鏡頭 442.10 TAMRON 90MM 1:2:8 442.11 LED光源 452.12 MotionPro X Stuido其操作介面 452.13 表面張力儀 462.14 黏度測量儀 462.15 電子秤 472.16 表面粗糙儀 473.1 液柱拉伸斷裂機制圖Stow, C. D. and Hadfield, M. G1(1981) 483.2 Mao (1997)【31】所定義的撞擊四個階段 483.3 當風速以V=18.85m/s，來帶動其液滴的時候，其液滴變形與震盪的情形，其中D=0.50mm，△t=5.88×10-5s 493.4 當風速以V=28.60m/s，來帶動其液滴的時候，其液滴變形與震盪的時序圖，其中D=0.50mm，△t=5.88×10-5s 503.5 當風速以V=45.16m/s，來帶動其液滴的時候，其液滴變形與震盪的情形，其中D=0.50mm，△t=5.88×10-5s 513.6 漸縮段及加速段之示意圖 523.7 當風速以V=15.92m/s，來帶動其液滴的時候，其液滴變形與破裂的情形，其中D=2.00mm，△t=5.88×10-5s 533.8 當風速以V=20.17m/s，來帶動其液滴的時候，其液滴變形與破裂的情形，其中D=2.00mm，△t=5.88×10-5s 543.9 當風速以V=47.77m/s，來帶動其液滴的時候，其液滴變形與破裂的情形，其中D=2.00mm，△t=5.88×10-5s 553.10 流量為325 L/min 壓力於加速段C處壓力分佈圖，y=0時為管中央 563.11 流量為325 L/min 壓力於加速段C處速度分佈圖，y=0時為管中央 563.12 流量為400 L/min 壓力於漸縮段A和A-1處壓力分佈圖，y=0時為管中央 573.13 流量為400 L/min速度於漸縮段A處分佈圖，y=0時為管中央 573.14流量為900 L/min 壓力於漸縮段A和A-1處壓力分佈圖，y=0時為管中央 583.15流量為900 L/min速度於漸縮段A處 分佈圖，y=0時為管中央 584.1 Water (V=9.12 m/s，We=578，Re=4560， Ra=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 594.2 Water (V=42.02 m/s，We=12273，Re=21011，Ra=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 604.3 Water (V=14.75 m/s，We=4470，Re=14183，Ra=0.07μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 614.4 Water( V=18.20 m/s，We=2302，Re=9100，Ra=0.07μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 624.5 Water( V=10.34 m/s，We=743，Re=5170，Ra=0.20μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 634.6 Water( V=35.10 m/s，We=8562，Re=19631，Ra=0.20μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 644.7 Water (V=33.57 m/s，We=7753，Re=18680，Ra=0.003μm，D=0.50mm，Dsplash/D=4.501， Dsplash/Dspread=0.749，△t=1.058×10-5s)撞擊後飛濺現象時序圖 654.8 Water (V=33.83 m/s，We=7957，Re=18921，Ra=0.003μm，D=0.50mm，△t=1.058×10-5s)撞擊後飛濺現象時序圖 664.9 Water (V=42.02 m/s，We=12273，Ra=0.003μm，D=0.50mm，Re=21011，△t=5.88×10-5s)撞擊時，發生Delayed splash之時序圖 674.10酒精之Corona splash 684.11 水之Prompt splash 684.12 (a)Water Ra=0.003μm We=12260 684.12 (b)Water Ra=0.07μm We=12260 684.12 (c)Mehdizadeh, N. Z. et al. (2004) Water，Ra=0.03μm，We=12232 684.13 水與20%甘油水之邊界劃分圖 694.14 20%Glycerol-water (V=12.35 m/s，We=1169，Re=3007，Ra=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 704.15 20%Glycerol-water(V=34.80 m/s，We=9283，Re=8474，a=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 714.16 20%Glycerol-water(V=14.75 m/s，We=1668，Re=3592，a=0.07μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 724.17 20%Glycerol-water(V=22.10 m/s，We=3744，Re=5381，Ra=0.07μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 734.18 20%Glycerol-water(V=9.47 m/s，We=687，Re=2306，a=0.20μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 744.19 20%Glycerol-water(V=35.10 m/s，We=9443，Ra=2.0μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 754.20 20%Glycerol-water(V=43.53m/s，We=14528，Re=11428，Ra=0.003μm，D=0.50mm，Dsplash/D=4.831， Dsplash/Dspread=0.853，△t=5.88×10-5s)撞擊後飛濺時序圖 764.21 20%Glycerol-water(V=34.80 m/s，We=9283，Re=11428，Ra=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s) 撞擊時，發生Delayed splash之時序圖 774.22 Heptane (V=9.80 m/s， We=1625，Re=8610，a=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖，此現象為corona splash 784.23 Heptane (V=18.86 m/s，We=6017，Re-16570，Ra=0.20μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖， 794.24 Heptane 和Nonane之各區域在不同粗糙度表面之劃分圖 794.25 Nonane (V=8.70 m/s，We=1183，Re=4723，=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 80 4.26 不同溶液之無因次化飛濺直徑與其We在粗糙度為Ra=0.003μm趨勢圖 81 4.27 不同溶液之無因次化飛濺直徑與其We在粗糙度為Ra=0.07μm趨勢圖 81 4.28 不同溶液之無因次化飛濺直徑與其We在粗糙度為Ra=0.20μm趨勢圖 82 4.29 水之無因次化飛濺直徑與其We在不同粗糙度表面之趨勢圖 82 4.30 20% 甘油水之無因次化飛濺直徑與其We在不同粗糙度表面之趨勢圖 83 4.31 Heptane之無因次化飛濺直徑與其We在不同粗糙度表面之趨勢圖 834.32 Nonane之無因次化飛濺直徑與其We在不同粗糙度表面之趨勢圖 84 4.33 不同溶液之飛濺直徑與最大擴張直徑無因次化和其We在粗糙度為Ra=0.003μm趨勢圖 84 4.34 不同溶液之飛濺直徑與最大擴張直徑無因次化後和其We在粗糙度為Ra=0.07μm趨勢圖 85 4.35 不同溶液之飛濺直徑與最大擴張直徑無因次化後和其We在粗糙度為Ra=0.20μm趨勢圖 854.36吾人之water最大擴張半徑與其PasandidehFard et al(1996)理論值比較趨勢圖 86 4.37吾人實驗之指狀數與其Mehdizadeh et al. (2004)實驗以及理論值相比之趨勢圖 86 4.38 Nonane (V=20.80m/s，We=6764，Re=11291，Ra=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 87 4.39 Nonane (V=12.35 m/s， We=2385，Re=6704，Ra=0.07μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 88 4.40 Nonane( V=23.14 m/s，We=8372，Re=11316，Ra=0.07μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 89 4.41 Nonane( V=8.12m/s，We=1033，Re=4413，Ra=0.20μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 90 4.42 Nonane( V=16.25 m/s， We=4129，Re=7947，Ra=0.20μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 91 4.43 Nonane (V=16.25 m/s，We=4129，Re=7213，Ra=0.003μm，D=0.50mm，Dsplash/D=3.348， Dsplash/Dspread=0.631，△t=1.058×10-5s)撞擊時序圖 92 4.44 Heptane (V=10.34 m/s， We=1817，Re=6442，Ra=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 93 4.45 Heptane (V=14.75 m/s，We=3680，Re=12959，Ra=0.003μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 94 4.46 Heptane( V=10.34 m/s，We=1817，Re=8642， Ra=0.07μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 95 4.47 Heptane (V=14.75 m/s，We=3680，Re=12959，Ra=0.07μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 96 4.48 Heptane( V=10.62 m/s，We=1807，Re=9080，Ra=0.20μm，D=0.50mm，△t=5.88×10-5s)撞擊時序圖 97 4.49 Heptane( V=10.34 m/s，We=1817，Re=8642，Ra=0.003μm，D=0.50mm，Dsplash/D=2.435，Dsplash/Dspread =0.479，△t=1.058×10-5s)撞擊飛濺時序圖 98錄一 99錄二 100錄三 1018305526 bytesapplication/pdfen-US液滴碰撞高速液滴平板飛濺直徑韋伯數droplet collision,high speed dropletdry surfacesplash diameterWeber numberthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187077/1/ntu-97-R95522113-1.pdf