清華大學動力機械工程學系學位論文
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液靜壓軸承的原理是透過外部加壓，將高壓流體打入油腔中，使軸與軸承面之間隙產生一層薄流膜介質。並利用液體壓力來承受負載，使兩面間不會產生固體的直接接觸，因此不會有磨耗及滯滑效應的產生。液體具有良好阻尼特性，不易傳遞振動造成之誤差，能有效提升工具機的加工精度。 薄膜式節流器發展至今，已有五十餘年的歷史，1962年，Mohsin證明使用薄膜式節流器之軸承，其靜態剛性與動態剛性皆高於使用固定式節流器的軸承。然而薄膜式節流器結構較固定式節流器複雜，尺寸設計與薄膜選用對於節流器性能的影響皆很顯著。目前國內對於薄膜式節流器之設計製造仍無法完全掌握，造成節流器性能與預期差距甚大。因此在此研究中將建立薄膜式節流器的模擬系統，預測軸承的實際性能表現，並使用模擬結果修正液靜壓滑塊系統的設計參數，目標提升液靜壓滑塊的性能，最後進行滑塊性能的量測實驗與模擬結果進行比對，討論可能產生差異的原因。
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血流動力學對於腦動脈瘤的形成、生長和破裂的成因是重要的課題。並對患者動脈瘤模型執行數值分析，對增強我們對腦動脈瘤的流動相關病理生理學知識的有很大的幫助。本研究採用多孔材料模擬線圈栓塞，結果顯示，當填充率在35％和45％之間時，平均剪切應力減少了37.5％至57.2％。並且，使用計算流體動力學來分析壁面剪切應力分佈，評估血液動力學因素及形態參數對於動脈瘤破裂的相關性。在形態學上，破裂組和未破裂組之間的四個變量（縱橫比，橢圓度指數，非球形指數和波動指數）顯著不同。在動脈瘤表面上的低壁剪切面積的百分比在破裂和未破裂的動脈瘤組之間也是顯著的（分別為46.5％對29.8％，P = 0.01）。此外，對於長寬比> 1.4或非球形度指數> 0.16的動脈瘤，結合低壁切應力比> 39％，破裂病例的百分比分別為88.2％和84.2％。 除此之外，本研究也發現，在拍攝斷層掃描血管造影的同時，腦動脈瘤正在破裂的案例，並獲取破裂區域的精確位置。研究分析表示破裂區域的平均和時間平均WSSes低於動脈瘤表面上的WSS。本研究顯示低WSS區域與動脈瘤破裂區域之間存在相關性。這可能有助於預測動脈瘤可能破裂的位置，從而與治療決策過程相關。
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由於胞外體(extracellular vesicles, EVs)攜帶豐富的生物訊息如蛋白質與核醣核酸(mRNA, microRNA, ncRNA)等，不只負責在細胞間溝通，在醫療診斷上也扮演重要角色，也因為如此，胞外體近年來在學界備受重視，然而，為了要明確定義胞外體所代表的醫療訊息，標準化的分離方法勢必要被建立，目前最多人採用的分離方式為超高速離心法(ultracentrifugation)，但在高轉速下會導致胞外體與蛋白質聚積甚至破裂，破壞原有的型態，相較之下，粒徑層析法(size exclusion chromatography, SEC)不但可以保有胞外體原本的特性，也可以在更短的時間內完成。 粒徑層析法是依據生物分子的大小來做分離，為了要讓粒徑層析法擁有成功的結果，必須要有適合的實驗設計，本篇文章提出了基於優化柱長、樣品體積、流動相黏滯度與固定相粒徑大小，以減少粒徑層析法中不理想的結果，藉由調整這些參數，可以讓我們了解對於不同大小的分子所需的洗出時間，並得到更高解析度、準確度與回收率的結果，理論上來說，所施加的樣品體積越小就能夠得到更好的解析度、固定相凝膠體的顆粒越小分離效能也會越高，然而樣品的狀態與固定相堆疊的方式，都會造成影響，使結果更難預測。實驗結果顯示，在優化柱長(Figure 21、Figure 22)、樣品體積(Figure 23、Figure 24)、移動相黏滯度(Figure 25-Figure 28)與縮小固定相粒子後(Figure 31-Figure 35)，回收率與準確度都有明顯提升，最後，我們應用優化過後的參數，成功的將血漿中的胞外體與蛋白質分離(Figure 36-Figure 39)。
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本研究針對一採用熱管熱交換器為散熱系統主體的密閉電子裝置進行理論與數值分析，此散熱系統目標解熱瓦數為500W，容器外部採自然對流，內部採強制對流散熱。本研究主要分為四部分，其一為先行驗證現存之最佳幾何尺寸估算程序與最佳間距經驗公式是否適用於多通道均溫鰭片。分析結果顯示最佳幾何尺寸計算流程所得之結果求出鰭片厚度過薄，並不符合工程應用需求所以不予以採用。而多通道雖然有較強的煙囪效應，但因為同時也有較強的側向進氣，兩相抵消之下發現單通道最佳間距經驗公式使用於多通道並無太大誤差。第二部分則針對自然對流加鰭片管進行分析，此部分對單排管與雙排管各別進行計算，結果顯示單排管在固定鰭片面積的情形下，增加鰭片長度會有較佳的散熱效果。其原因為鰭片下緣有較薄的熱邊界層，因此會有較佳的熱擴散率，比起增加鰭片高度，增加鰭片長度能更有效的提高鰭片散熱效率；雙排加熱管部分則針對上層多下層少及上層少下層多的排列方式進行分析，結果顯示上層多下層少的排列方式會有較佳的散熱率，原因為此排列方式能提供較大的浮力，引入更多外部低溫空氣，增加通道內熱對流係數。第三部分則是針對內部強制對流進行初步估算，利用現有之經驗式推算熱沉與穿管鰭片之幾何尺寸。然而本研究模型較為複雜，現有之經驗式會低估所需壓降，因此本計算使用數值方法做更為準確的估算。最後一部分則是系統整合，統整外部自然對流與內部強制對流之設計，估算出整體系統的幾何尺寸。研究發現上下游熱管散熱量並不一致，上游熱管與環境有較大溫差，因此會有較大的散熱量。本研究使用迭代方法交互驗證外部自然對流與內部強制對流散熱量，以此方法估算每根熱管的散熱量百分比。本研究也針對機殼外部輻射與自然對流散熱進行分析，結果顯示機殼外部約可提供5%的散熱量。
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本論文主要探討介電濕潤(Electrowetting on dielectric, EWOD)晶片應用於微流體圖案化與液珠在不同電壓、電極寬度、電極間距三種參數變化下受到液體介電泳(Liquid dielectrophoresis, L-DEP)的拉伸長度。 本研究藉由平板式EWOD系統與開放式L-DEP系統成功對碳酸丙烯酯液體進行生成、移動、分離和定位，並將碳酸丙烯酯圖案化成不同英文字母，施加電壓範圍分別為140 Vpp/20kHz ~220 Vpp/20kHz與280 Vpp/20kHz，而且在開放式L-DEP系統中將同體積的液體在固定電壓下圖案化成所有的英文字母。由於字母結構不同，圖案化之液珠體積會有所變化，為了更精確控制液珠體積和達成液體介電泳之圖案化，而使用液體介電泳電極探討液珠受液體介電泳力之拉伸長度。 在液體介電泳實驗中，同樣使用碳酸丙烯酯液體當驅動液體，施加電壓為140 Vpp、160 Vpp、200 Vpp，頻率固定20kHz，起因於圖案化的電壓與頻率大多落在此範圍內。晶片分為電極寬度固定為0.1mm和總寬固定為1mm，各別有六組不同電極間距的變化。實驗結果發現兩點，第一點是拉伸長度會隨著電極寬度遞減而下降，第二點是拉伸長度不會隨電極間距增加而改變，當開啟雙電極時，長度會因電極間距增加而漸漸下降。 理論方面是以液珠的受力情形的觀點作分析，主要以電場產生的力、摩擦力與毛細力等等其餘阻力進行力平衡，並從上述實驗結果之觀點改良理論，為了驗證此理論改良結果，便設計三電極晶片進行實驗，並將結果與理論做比較，結果證明理論與三電極晶片實驗結果相符，故可藉此計算出不同電壓、電極寬度、電極間距下受液體介電泳力之液珠拉伸長度與液珠體積大小。 而藉由上述理論與實驗的結果，可得知液體拉伸的長度，鑑於電極寬度和上下板間距皆已知，故可精確得知液珠體積，由液體介電泳電極控制。實驗施加電壓為200 Vpp/20kHz，目前已完成對碳酸丙烯酯液體進行生成、移動、分離和定位，並實現液體介電泳之圖案化。