王興華臺灣大學：機械工程學研究所陳正杰CHEN, CHENG-CHIEHCHENG-CHIEHCHEN2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61407本文主要探討液滴撞擊固體表面，及撞擊固體表面上之半圓形液膜後所呈現的現象，以探討液滴撞擊之動態過程。 在單顆液滴撞擊平板方面，使用純水液滴，控制參數為撞擊速度、表面材質和粗糙度，並與前人所做之研究作一比較。液滴撞擊表面上之液膜的研究方面，以純水為預置液滴，並採用正十六烷、正十烷、水和異丙醇等不同物理性質為液滴種類，以尺寸跟撞擊速度為參數，探討過程中所發生之現象。In this study we investigated the phenomena of liquid-droplet impact the solid surface and displayed a certain appearance of the semicircle liquid film on the solid surface after impacting.In the aspect of single droplet impacting, we used distilled water and primary parameters were impact velocity, roughness and material of solid surface. Compare the result with previous reseachers’. We also used a hemispherical water film was formed after impacting solid surface, then fixed first water droplet may regard as a hemispherical film. Primary parameters were size and velocity of droplet and used different species liquid included hexadecane, decane, water and lsopropylalcohol. Then discuss the phenomena during impact process.摘要……………………………………………………………………Ⅰ Abstract………………………………………………………………Ⅱ 目錄……………………………………………………………………Ⅲ 附圖目錄………………………………………………………………Ⅵ 符號說明………………………………………………………………Ⅸ 第一章 緒論…………………………………………………………1 1-1 前言…………………………………………………1 1-2 文獻回顧……………………………………………2 1-3 研究動機及目的……………………………………17 第二章 實驗裝置與步驟……………………………………………18 2-1 液滴產生裝置…………………………………………18 2-1-1 液滴產生方式………………………………18 2-1-2 液滴產生器…………………………………19 2-1-3 電子控制裝置………………………………21 2-1-4 液滴產生器及儲油瓶的放置設備…………23 2-2 液滴撞擊設備…………………………………………23 2-2-1 液滴撞擊設備………………………………23 2-2-2 訊號控制系統………………………………25 2-3 影像拍攝系統…………………………………………25 2-3-1 閃頻儀………………………………………25 2-3-2 C.C.D.及放大鏡頭組………………………26 2-3-3 錄影裝置……………………………………26 2-4 影像處理系統………………………………………27 2-5 實驗操作與拍攝……………………………………27 2-6 實驗數據讀取與分析處理…………………………32 2-7 實驗數據之不準確度分析…………………………34 第三章 理論基礎……………………………………………………36 3-1 平板之液滴能量……………………………………36 3-2 液柱斷裂拉伸機制…………………………………37 3-3 液滴撞擊固體平面…………………………………38 第四章 結果與討論…………………………………………………43 4-1 液滴撞擊固體平面…………………………………43 4-1-1 表面材質之影響……………………………45 4-1-2 撞擊速度之影響……………………………51 4-1-3 表面粗糙度之影響…………………………53 4-1-4 液滴內之氣泡現象…………………………54 4-2 液滴撞擊平面上半圓形液膜 ………………………55 4-2-1 非混合型油料液滴撞擊純水液膜…………56 4-2-2 可混合型油料液滴撞擊純水液膜…………60 4-2-3 半混合型油料液滴撞擊純水液膜…………63 第五章 結論與未來展望……………………………………………65 5-1 結論……………………………………………………65 5-2 未來展望………………………………………………66 參考文獻………………………………………………………………68 圖表、照片目錄 圖2-1 實驗設備示意圖………………………………………………73 圖2-2 液滴產生器 (droplet generator)………………………………74 圖2-3 電子控制裝置之脈波型態……………………………………75 圖2-4 各種油料出口時序圖…………………………………………76 圖2-5 單顆液滴撞擊平板右側示意圖………………………………78 圖2-6 雙顆液滴撞擊平板右側示意圖………………………………78 圖3-1 平面上靜止液滴示意圖………………………………………79 圖3-2 液柱拉伸斷裂機制圖…………………………………………79 圖3-3 Mao et al.【28】所定義的撞擊四個階段…………………80 圖4-1 液滴相關尺寸的定義…………………………………………81 圖4-2 液滴撞擊之濺起門檻於無因次表面粗糙度的關係…………81 圖4-3 純水液滴撞擊三種不同表面材質時序圖(V=0.79m/s)……..82 圖4-4 純水液滴在低速下撞擊三種表面材質時序曲線……………84 圖4-5 純水液滴撞擊三種不同表面材質時序圖(V=0.94m/s)……..85 圖4-6 純水液滴在中速下撞擊三種表面材質時序曲線圖…………87 圖4-7 純水液滴撞擊三種不同表面材質時序圖(V=1.1m/s)………88 圖4-8 純水液滴在高速下撞擊三種表面材質時序曲線圖…….......90 圖4-9 純水液滴以三種速度撞擊蠟表面時序曲線圖………………91 圖4-10 純水液滴以三種速度撞擊鐵氟龍表面時序圖………..……92 圖4-11 純水液滴以三種速度撞擊離形紙的時序曲線圖……..……93 圖4-12 純水液滴低於五種不同粗糙度砂紙之時序圖………….….94圖4-13 五種砂紙之無因次粗糙度與最後尺寸之關係………..…....96 圖4-14 五種砂紙之無因次粗糙度與最後高度之關係………….….96 圖4-15 五種砂紙之無因次粗糙度與最後高度之關係……………..97 圖4-16 在液滴下方有一小氣泡形成Thoroddsen and Sakakibara 【33】…………………………………………………………98 圖4-17 氣泡於撞擊點處形成Chandra and Avedisian【16】……98 圖4-18 正十六烷液滴(大)撞擊純水液膜時序圖…………………..99 圖4-19 正十六烷液滴(大)撞擊純水液膜時序圖…………………100 圖4-20 正十六烷液滴(小)撞擊純水液膜時序圖.……………… 101 圖4-21 正十烷液滴(大)撞擊純水液膜時序圖……………………102 圖4-22 正十烷液滴(大)撞擊純水液膜時序圖…………………....103 圖4-23 正十烷液滴(小)撞擊純水液膜時序圖……………………104 圖4-24 純水液滴(大)撞擊純水液膜時序圖………………………105 圖4-25 純水液滴(大)撞擊純水液膜時序圖………………………106 圖4-26 純水液滴(小)撞擊純水液膜時序圖………………………107 圖4-27 純水液滴(小)撞擊純水液膜時序圖………………………108 圖4-28 異丙醇液滴(大)撞擊純水液膜時序圖……………………109 圖4-29 異丙醇液滴(大)撞擊純水液膜時序圖…………………....110 圖4-30 異丙醇液滴(小)撞擊純水液膜時序圖……………………111 圖4-31 異丙醇液滴(小)撞擊純水液膜時序圖……………………112 圖4-32 50％正十六烷＋50％異丙醇預混液滴(大)撞擊純水液膜時序圖…………………………………………………………113 圖4-33 50％正十六烷＋50％異丙醇預混液滴(大)撞擊純水液膜時 序圖………………………………………………………..114 圖4-34 50％正十六烷＋50％異丙醇預混液滴(小)撞擊純水液膜時序圖…………………………………………………………115 圖4-35 50％正十六烷＋50％異丙醇預混液滴(小)撞擊純水液膜時序圖…………………………………………………………116 照片2-1 實驗設備實體圖…………………………………………..117 照片2-2 電子控制裝置……………………………………………..117 照片 2-3 固定液滴產生器之裝置…………………………………..118 照片 2-4 液滴產生器配置方式……………………………………..118 照片2-5 液滴撞擊設備……………………………………………..119 照片2-6 電源供應器………………………………………………..119 照片2-7 閃頻儀……………………………………………………..120 照片2-8 CCD及放大鏡頭組………………………………………..120 照片2-9 由重覆曝光電路所拍攝的液滴影像……………………..121 表4-1 液滴在不同表面及速度下之特徵數據值表………………122 表4-2 油料之一般物理性值表……………………………………122 附錄一 Strobe Delay Time旋扭刻度與延遲時間關係……………123 附錄二 Double Exposure Delay Time 旋扭刻度與延遲時間關係124 附錄三 滾筒橫移距離與表面起伏誤差之關係……………………124 附錄四 各種材質之表面粗糙度……………………………………125en-US碰撞液滴dropletimpactthesis