中央大學機械工程學系學位論文
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近年來，InGaN/GaN 多重量子井藍光或綠光LED已是固態照明中的主流，然而Efficiency Droop 是InGaN-based LED中相當關鍵的問題。Droop的現象是在高電流注入的情況下，內部量子效率會有極大的衰退，這會使LED元件的光功率輸出下降。在本研究中，我們利用有限元素法及蒙地卡羅法建立一套光電熱耦合數值模擬模型。透過電流守恆及能量守恆，我們可以了解載子在活化層內復合及漏電流之行為，並且定義其熱源方程及內部光分布。接著利用光追跡方法以內部光分布作為出光光源進行模擬。最後可以探討電流分布對接面溫度、電效率、內部量子效率、光萃取效率以及光功率之影響。 本研究探討大尺寸垂直與側向高功率晶片在光電熱交互影響下現象之Droop現象。由實驗可知側向結構的接面溫度上升較快且有更嚴重的Droop。透過模擬我們可以了解漏電流是造成Droop的主要機制，並且在高功率操作下升溫的過程由漏電流主導。此外，電流壅塞也對量子效率的影響及大，事實上，電流分布是啟動Droop的關鍵。受到電流壅塞的影響，活化層的內部量子效率會在Droop發生前後有完全相反的分布。 利用光學模擬，在光萃取效率也會有衰退的趨勢，其主要機制為活化層吸收效應。雖然電流分布在垂直結構較為優異，但受到電流壅塞的區域影響，電極遮蔽及吸收效應也更為強烈。這故造成了活化層具有較小的吸收係數但光萃取效率卻有較大的衰退。
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對晶體產業而言，柴式提拉法(Czochralski)是一項重要的關鍵技術。在近年工業的發展中，這項技術已經成為應用於生長大尺寸藍寶石晶體的方法之一。為了提升藍寶石單晶的生長品質，我們有必要深入了解長晶爐內部的整體熱傳與熔湯流動行為。然而這種生長較大尺寸晶體方法，受限於爐體內的高溫使我們無法直接去做實驗量測；除此之外，在長晶過程中容易產生化學雜質，使生長出的藍寶石單晶摻雜許多氣泡，進而影響晶體的光學性質與品質。在業界通常以調整長晶參數的方式進行製程優化，但是需花費許多人為控制時間，因此，我們必須用更有效的方式來獲得長晶參數與條件。本文運用有限元素法，且以準穩態的方式模擬藍寶石生長過程的熱場和流場的耦合行為、熔湯內部溶質流動的傳輸機制，進而去推論其與晶體內氣泡間的關係。 本研究結果發現，溫度場中的等溫線會受到強烈的浮力渦流扭曲變形，而渦流強度亦會隨熱源強度下降而減低；固液界面形狀會隨晶體長度增加而愈凸向熔湯，熔湯內部只存在一個浮力渦流。在非固定支承高度系統中，爐內輸入的熱源和晶體內溫度梯度會較固定支承系統的結果來得高，對長出晶體的完整度會有不良影響。當系統坩堝底部的形狀呈圓形，或在上爐室加裝由石墨碳纖製成的熱遮罩，會使整體晶體凸出率下降。當底部支承材料為氧化鋯球時，較不易發生坩堝底部晶體固化的結果，並使晶體界面較為平坦。 在CZ長晶系統中的溶質場模擬結果顯示，各階段熔湯內溶質濃度最大值位於坩堝側表面，並且發現溶質的分布明顯受到熔湯的流動所影響。另外，在固液界面附近的溶質濃度於靠近晶體中心軸有局部最大值，這表示著熔湯內雜質在中心軸附近堆積程度比起其他位置來得高。一般而言，當固液界面愈不穩定，氣泡愈容易摻入到晶體內部；而固液界面不穩定性與溶質在界面的組成過冷程度是呈正向關係，亦即當組成過冷程度愈大，會使固液界面愈不穩定。 本文模擬結果顯示，當系統內溶質濃度和晶體提拉速度愈大，界面產生溶質組成過冷的機會愈高，並且在中心軸附近的組成過冷程度較大，模擬得到的結果與實驗文獻結果相似。除此之外，長晶爐內部的溫度會影響生成雜質的多寡，故需要非常小心的控制，不宜太高。
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本篇論文描述了本實驗室在台俄任務(MAI)所開發的雙波長氣暉光剖面儀中所使用的光電倍增管，在實際執行太空任務前的校正程序。欲校準的光電倍增管共有兩種，分別是用來量測630nm與135.6nm波長的大氣輝光。本平台利用標準光源照射光電倍增管，並搭配使用校準用的光功率感測器作為參照的方式，來建立出光電倍增管的敏感度特性曲線。為了實現這個方法，本研究設計了特殊的暗箱機構，其中包含了光路、氣路以及光衰減器的設計。在機構上考量了重用性及便利性，故多數元件的設計為卡槽抽換的形式。為了讓短波長的真空紫外光源能夠適用，故本平台也作了相應的氣路設計。實驗操作上的自動化則透過VMIO人機介面來作實現。
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本論文主要研究連續及離散模糊觀測系統的非二次穩定 (Non-quadratic stability) 條件，關於擴展狀態決定於非二次李亞普諾 夫函數，其函數形式是V(e)=1/2e^TQ(e)e，其中條件Q(e)> 0 取決於Q(e) 是一正定的梯度向量(gradient vector)。遺憾的是，此梯度向量Q(e) 是一非凸面體(nonconvex) 的問題，因此可觀測的模糊系統 之穩定性檢測條件，需要使用尤拉齊次多項式定理，並使用其定理之 齊次性質，以平方和方法(Sum of squares) 去檢驗非凸面體問題，使 得其模擬系統之空間解更佳。最後，模擬其多項式模糊系統，表現出 本論文提出之方法是有效的。
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本文探討超音波振動對於多道次等通道彎角擠製(multi-pass ECAE)之效應。藉由改變沖頭軸向超音波振幅進行三種路徑(Route A、B、C)的四道次ECAE擠製，觀察沖頭負載與擠錠機械性質之效應。並以有限元素模擬軟體Deform-3D分析多道次之成形負載驗證與超音波振動沖頭負載之變化。實驗結果顯示超音波振動對於降低ECAE成形負載有良好的效果，軸向超音波加載可使擠錠之硬度略微提升，並且可以大幅改善路徑B的硬度均勻性。有限元素模擬結果顯示，應用Deform-3D模擬分析超音波振動輔助與多道次ECAE之結果與實驗之結果具有良好的相似性。
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本研究主旨在探討不同剛性及形狀的顆粒物質在透明壓克力罐體容器中受一自由落體衝擊作用之力學行為。利用加速規黏貼於自由落體上，記錄衝擊過程中的加速度值進而得知速度、灌入深度及顆粒對落體之阻力，並利用高速攝影機拍攝衝擊過程。透過廣義虎克定律將罐體上三個不同高度位置所量測的應變值計算應力，藉以分析罐壁在顆粒受衝擊過程中應力隨高度變化之情形。本研究選擇兩種不同材質探討不同剛性顆粒受衝擊下，顆粒與罐體間力學行為之差異 ; 此外，選擇球形、二款橢圓形、藥丸形、雙球形共五種不同形狀之ABS顆粒進行衝擊實驗，並將實驗結果分別依不同顆粒形狀、顆粒長寬比、顆粒角數進行比較分析以探討其受自由落體衝擊之力學響應。對於高剛性之顆粒則選擇球形及藥丸形兩種形狀之不銹鋼顆粒來探討高剛性顆粒的形狀效應。 實驗結果顯示，球形ABS顆粒及不銹鋼顆粒對罐壁產生之環向應力皆為張應力並隨高度減少而減少，而軸向應力在上層會因為顆粒濺出而對罐體造成張應力，其下層為壓應力並隨高度減少而增加。剛性大之顆粒會增加顆粒對落體之阻力，造成灌入深度遠小於剛性小之顆粒，其罐壁應力值也遠大於剛性小之顆粒，顯示在鋼性較大的顆粒床中應力較容易傳遞。而由於硬質顆粒床之灌入深度較淺，罐體大半部分內壁屬於受壓力的狀態。 將球形、橢圓形、藥丸形 ABS顆粒之實驗結果進行比較，藥丸形顆粒擁有較明顯之互鎖效應，使得整體顆粒床之剛性較大，進而增加阻力導致灌入深度較淺，且不易側向移動，產生較小的環向及軸向應力比。圓球則是體積較小使得接觸落體面積較多且易側向移動，產生較大阻力，也產生較深的灌入深度，因此有較大的環向與軸向應力比。而橢圓形顆粒，由於互鎖效應較不明顯，橢圓形顆粒的環向及軸向應力比介於兩種形狀之間。針對橢圓形顆粒增加其長寬比會提升整體顆粒床的剛性，但整體之間的形狀效應差異不明顯。而長寬比小的顆粒接觸落體數目較多，產生較大阻力。另一方面，增加顆粒角數會提升顆粒體內部的互鎖效應，使得雙球形顆粒不易滑動，導致灌入深度淺及側向移動皆小，其阻力及環向與軸向應力比皆小於圓球顆粒。 採用球形、藥丸形之不銹鋼顆粒進行衝擊實驗，其環向應力與ABS顆粒趨勢一致，而在藥丸形之不銹鋼顆粒的軸向應力在底部呈現與ABS顆粒相反趨勢，進而顯示藥丸形之不銹鋼顆粒由於互鎖效應大而幾乎不滑動的現象，導致在底部的軸向應力減小，也顯示剛性大之顆粒的形狀效應較為明顯。
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摘要 泌尿上皮細胞癌 (urothelial carcinoma) 是泌尿生殖系統中第二常見的癌症(第一是攝護腺癌)，是膀胱癌的最主要成分。臨床上對於表淺性膀胱癌(沒有侵犯肌肉層)標準的治療為經尿道內視鏡腫瘤切除術 (TURBT)，通常在經尿道內視鏡腫瘤切除術後加以膀胱內免疫藥物灌注治療或化學藥物灌注治療以降低其復發率。化學藥物灌注比起免疫藥物灌注有比較少的副作用，但對於復發率降低則有比較少的效果。在 TURBT 後加以絲裂霉素C (MMC ) 膀胱化學藥物灌注治療是目前標準治療的策略以預防其術後復發，因此如何增加 MMC 化學藥物膀胱灌注治療功效，具有臨床醫療的重要性。 本文以膀胱癌細胞株 BFTC 905 cells 進行靜水壓 (Hydrostatic pressure) 合併 MMC 化學藥物膀胱灌注治療功效的研究，膀胱癌細胞生存能力以細胞存活率分析法 (MTT) 來評估。以流式細胞儀 (flow cytometry) 來評估細胞凋亡(apoptosis)，細胞凋亡功能的改變則以分析細胞凋亡蛋白酶 caspase 3/7 的活力, Fas配體(FasL) 的表現力，以及粒線體膜電位損失 (loss of mitochondria membrane potential) 來評估。結果顯示，靜水壓的增加可造成細胞生存能力的降低。Caspase 3/7 活力隨著膀胱癌細胞以 MMC 或靜水壓的處理而增加。以10 kPa 靜水壓合併處理 MMC 可引起 FasL 的表現力的增加。於 10 μg/mL MMC 以及 10 kPa 靜水壓的合併處理下，膀胱癌細胞粒線體表現出增加膜電位差的受損。 上述結果顯示靜水壓可協同加強 MMC 引起膀胱癌細胞凋亡是經由 Fas/FasL 途徑的現象。為了進一步瞭解膀胱癌細胞因為靜水壓以及 MMC 引起基因表現的改變，本文使用微陣列 (oligonucleotide microarray) 分析所有基因表現的差異。在經由生物資訊學的分析和基因候選，以及經由即時聚合酶鏈鎖反應 (real-time PCR) 以及免疫墨點法 (Immunoblotting) 確定後，類Toll受體 (TLR6) 和結締組織生長因子 (CTGF) 於基因的改變表現出顯著之上調控差異。因此本文總結在以靜水壓以及 MMC 的合併處理下，膀胱癌細胞顯示出增加細胞凋零的現象是經由 TLR6 和 CTGF 上調控引起外部途徑所造成。
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本研究探討在生物質快速熱裂解過程中發生的流體力學和熱傳遞現象。透過結合尤拉多重流體模型和顆粒流的動力學理論之數值方法並將其應用到模擬氣泡流化床反應器的氣-固流動行為。在這項研究中，具有特定屬性的稻殼和石英砂在此分別作為生物質和熱惰性物質。由於這些系統的動態特性往往是混亂的，故該模型首先以先前的研究結果加以驗證其可行性，接下來就參數方面進行一廣泛的研究，以確定其對流動分佈和相位之間的熱傳遞的主要變量的影響。該組統御及組成方程式是由商業計算流體力學程式軟體，ANSYS FLUENT 13.0.0解得。在此，各個方面，如固相體積分率，速度，床體混合，粒子溫度，熱溫度，壓力，排除輻射熱傳遞機制也進行了詳細研究。從兩個不同的拖曳模式，即，Syamlal-O'Brien和Gidaspow結果的比較，也包涵在本論文中。結果發現，不同拖曳模型和預測壓降之間沒有顯著差異，而隨著增加的進氣速度而稍微的增加。壓降則隨著生物質初始體積分率的的減少而增加。 固相體積分率和速度剖面的分佈分別可在不同的情況下獲得。雖然結果顯示流化床仍保持固有的混沌性質，但所獲得的總體趨勢仍然與以前的研究有良好的一致性。本結果還表明，該固體混合是受到入口氣體速度和生物質的初始體積分率的強烈影響。較佳的粒子混合可以通過增加入口氣體速度來獲得。 兩模式固體顆粒溫度被發現在床體底部和頂部附近會比較高。它隨著入口氣體速度的增加而增加，但是隨著生質物量初始百分比的增加而降低。發生在流化床內的熱傳遞是由固體的溫度，熱傳導係數的變化和表面熱通量的分佈所描述。這兩種熱傳遞量在密相床區被觀察到佔有一定主導地位，因為他們在流化床中強烈地取決於固體濃度。由於強烈攪拌，生質物的溫度分佈在床體區域相當均勻。不斷增加的進氣速度提升固體顆粒的混合，從而導致了顆粒間和壁面對於粒子之間的有效熱傳遞。模擬中的總表面熱通量和不同拖曳模型之間沒有顯著差異。 總體而言，目前的結果是基於一些假設和受限於此工作過程中的時間和計算量的限制而以二維模式呈現。因此，這些結果不能充分地描述在流化床反應器中發生的熱物理過程。今後的工作應考慮到用更少的假設，建立一個完整的三維空間模型。此外，模擬與實驗結果的定量比較，亦可進一步驗證吾人所建議設置的實驗設備。
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本論文使用經驗模態分解法(EMD)與Matlab軟體進行病人腦電圖(EEG)分析，並且運用總體模態經驗分解法(EEMD)消除腦波量測時所受到的雜訊干擾，再搭配快速傅立葉轉換(FFT)，探討各個本質模態函數(IMF)的傅立葉頻譜圖頻率差異，找出清醒與麻醉病人的腦波特徵。 傅立葉頻譜圖的特徵頻率擷取可分為「最大振幅之頻率」和「期望值」兩大部分。尋找頻譜圖中最大振幅所對應的頻率，即為「最大振幅之頻率」，此外，本研究也嘗試利用移動平均來消除雜訊干擾，並且根據分析數值比較清醒與麻醉的腦波特性和EEMD濾波效果。「期望值」的部分則藉由計算傅立葉頻譜圖的收斂期望值作為腦波特徵，再繪製每個IMF的頻率分布機率圖與接收者操作特徵曲線，透過研究曲線圖特性找出能判斷清醒與麻醉特徵的IMF，其中IMF1的辨別準確性達到99%。 最後，分別介紹兩種特徵頻率的實驗結果，並比較兩種特徵頻率的優缺點和討論EMD與EEMD的濾波效果。
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因應塑膠產品需求的日益升高，需在製造前經過電腦的模擬分析。而建構模型的網格時經常因模型的細小特徵，建構出品質不佳的網格，為了提升品質需以人工的方式逐一調整網格，因而浪費大量的時間。為了減少人工調整之花費時間，本研究將簡化模型中的圓角特徵，以降低模型的複雜程度，藉此提升網格的品質。本研究以了解模型的B-rep資料結構為基礎，擷取圓角的周邊資訊，以此推算簡化後的形狀，並改變其拓撲與幾何資料，以達到簡化之目的。對於圓角簡化後的結果，本研究以商業軟體CADdoctor作為驗證的依據，以得到正確之簡化結果。