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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 李世光 | |
| dc.contributor.author | Dun-Liang Yang | en |
| dc.contributor.author | 楊敦量 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-06-17T06:28:01Z | - |
| dc.date.available | 2020-08-20 | |
| dc.date.copyright | 2018-08-20 | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.date.submitted | 2018-08-16 | |
| dc.identifier.citation | [1] K. Straif, A. Cohen, and J. Samet, 'Air Pollution and cancer,' IARC Scientific Publication161, 2013.
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| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/72191 | - |
| dc.description.abstract | 在氣溶膠領域中，已知有許多因素會影響靜電濾材之過濾效率，包括氣溶膠的粒徑、濾材和氣溶膠粒子之電荷量，以及過濾流速等。本研究著重於過濾流速及空氣流場對於靜電濾材之濾效的探討。
在許多研究中已經證實隨著過濾速度的衰減，靜電濾材之濾效會有顯著的提升。因此本論文結合了人體物理學的概念，開發了一種類似肺部氣管流體設計之仿生過濾流道—樹狀流道。利用此流道的等阻抗分流的設計，能夠有效的擴展過濾面積，達到減緩流速的作用，並且還能提供一均勻分布的空氣流場，增進濾材之過濾品質，以期能夠最佳化地使用濾材，提升濾材的使用壽命。 在本研究中同時使用了有限元素分析軟體，來模擬樹狀流道內之空氣流場的分布情形，而由模擬的結果也顯示了此流道具有提供均勻流場及降低整體系統之壓損的優點。而本研究最後更將此樹狀流道應用在實際的過濾情形中，利用3D列印技術，製作出一具有樹狀流道系統之個人化可攜式呼吸防護具，並加以驗證其過濾性能，未來更可將此流道系統應用在生活上許多過濾器中。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | In the field of aerosol filtration, many factors are known to affect the filtration efficiency of electrostatic filters, including the particle diameter of the aerosol, the charge level of the filter material and aerosol particles, and the face velocity. In this thesis, the contribution of face velocity on the filtration efficiency of electrostatic filters is investigated and applied.
It has been confirmed that the filtration efficiency of the electrostatic filter material improves along with a lower face velocity. To apply this effect, a bionic filtration flow channel that mimic trachea and bronchi tree is applied. It is named as tree-shaped flow channel in this thesis. By using this deign of the flow channel, the filtration area can be effectively expanded to reduce the flow rate, and a uniformly distributed air flow field can be provided to improve the filtration quality of the filter material, and optimizing the use of the filter material to extend the lifetime of electrostatic filter material. In this study, the finite element analysis software was used to simulate the distribution of the air flow field in the tree flow channel. Simulation results also show that the flow channel has a uniform flow field and reduces the pressure drop of the overall filtration system. At the end of the study, the tree flow channel was applied to an actual filtration situation, and a personalized portable respiratory protection device with a tree-shaped flow channel system was fabricated by using 3D printing technology, and the filtration performance was verified. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-17T06:28:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-107-R05543058-1.pdf: 10721966 bytes, checksum: f810cc8462079b1460f967f19bfd0b03 (MD5) Previous issue date: 2018 | en |
| dc.description.tableofcontents | 誌謝 i
中文摘要 ii ABSTRACT iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 x 第1章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 文獻探討 3 1.3.1 空氣流場對靜電濾材表現之影響 3 1.3.2 人體呼吸道系統與空氣流場之影響 5 1.3.3 多層次樹枝狀流道系統 7 1.4 論文架構 10 第2章 氣溶膠過濾原理與技術 11 2.1 單纖維之過濾效率 11 2.2 氣溶膠過濾機制與原理 12 2.3 懸浮微粒濾淨技術 19 第3章 個人化空氣濾淨系統設計 23 3.1 空氣濾淨系統之設計理念 23 3.1.1 樹枝狀過濾流道設計 24 3.1.2 個人化空氣濾淨裝置外觀設計 28 第4章 研究方法與實驗架設 32 4.1 不同過濾流道之設計 32 4.2 過濾系統之流場驗證 35 4.2.1 流道壓降之量測 35 4.2.2 流道出口速度之量測 37 4.3 流道之氣溶膠過濾實驗 37 4.3.1 濾材與氣膠微粒之選擇 37 4.3.2 濾材表面電位之量測 38 4.3.3 過濾效率之量測 39 4.4 個人化空氣過濾器之CADR效能評估 40 4.5 可攜式空氣過濾器之流場與微粒分布 44 第5章 有限元素模擬方法 46 5.1 COMSOL Muitiphysics之介紹 46 5.2 流道模型參數設定 46 5.2.1 流力模組之選用 46 5.2.2 過濾流道系統模型之參數設定 48 第6章 實驗結果與討論 55 6.1 過濾系統之空氣流場 55 6.1.1 壓降分布趨勢 55 6.1.2 空氣流速分布趨勢 62 6.2 不同流道結構對固體微粒之過濾表現 69 6.2.1 不同表面風速下之過濾效率 69 6.2.2 流道粒子洩漏率之檢測 71 6.2.3 不同流道結構之過濾效率 73 6.3 CADR之效能評估與討論 90 6.4 可攜式空氣過濾器之流場與微粒分布 92 第7章 結論與未來展望 94 7.1 結論 94 7.2 未來展望 95 Reference 96 附錄 99 圖目錄 圖 1 1 2017-2021全球穿戴式裝置市場預估，虛線為平均銷售價格(ASP) [4] 2 圖 1 2帶電濾材對帶電固體微粒在不同表面風速下之過濾效率 [6] 4 圖 1 3浸潤異丙醇後之濾材，在不同表面風速下之穿透率 [7] 5 圖 1 4人體 (A)呼吸道系統 (B)肺部支氣管分層示意 [8] 6 圖 1 5不同結構之樹狀流道對流速分布之影響 [9] 7 圖 1 6樹枝狀流道 (A)結構設計示意 (B)尺寸 [10] 9 圖 1 7樹枝狀流道與長直管之壓降比較 [10] 9 圖 2 1單纖維過濾效率示意圖 12 圖 2 2濾材在去除靜電後的穿透率比較 [7] 18 圖 2 3 氣膠微粒(A)沉積機制示意 [19] (B)沉積機制與總體效率關係，黑色虛線為濾材去除靜電後之總體過濾效率 [20] 18 圖 2 4 HEPA濾網結構示意圖 [22] 20 圖 2 5駐極體濾材構造示意圖 [19] 20 圖 2 6 靜電集塵器構造示意圖 [23] 21 圖 2 7負離子空氣清淨器之原理 [24] 22 圖 3 1流道系統設計概念 23 圖 3 2過濾裝置外觀設計概念 24 圖 3 3 TPE可撓式樹枝狀過濾流道之(A)上視圖 (B)側視圖 24 圖 3 4流道系統(左)與類比電路(右) [29] 26 圖 3 5 樹枝狀流道之流阻設計 26 圖 3 6個人化空氣濾淨裝置 (A)外觀整體 (B)行動電源 (C)送風口 (D)進氣口 31 圖 4 1不同構造之過濾流道(A)長直狹窄流道 (B)扇形漸擴流道 (C)樹枝狀流道 33 圖 4 2不同流道之結構比較 34 圖 4 3不同構造之實體流道(A)長直流道 (B)扇形流道 (C)樹枝狀流道 35 圖 4 4市售駐極體濾材(3M靜電空氣濾網) 35 圖 4 5壓力量測儀器 (A)差壓傳感器 (B)壓力量測軟體介面 36 圖 4 6過濾流道之壓降量測系統 36 圖 4 7 過濾流道之 (A)出口流速量測架設 (B)氣體流量傳感器 37 圖 4 8 聚丙烯熔噴濾材之SEM照片 38 圖 4 9濾材表面電位量測實驗架設 39 圖 4 10 流道過濾效率之量測架設 40 圖 4 11 CADR實驗之微粒數目濃度變化曲線 [31] 41 圖 4 12 (A)標準測試空間 (B)縮小測試空間 下之CADR測量結果 [31] 43 圖 4 13 CADR實驗架設 44 圖 4 14個人化空氣濾淨裝置之(A)微粒分布量測實驗架設 (B)採樣點示意 45 圖 5 1模擬流道與濾材示意圖 48 圖 5 2 (A)模擬濾材 (B)實際聚丙烯熔噴濾材 示意圖 49 圖 5 3 (A)模擬濾材之深度與壓降曲線 (B)模擬濾材深度與壓降值之對照 49 圖 5 4不同網格尺寸之流速分布圖(以樹枝狀流道系統為例) (A)較粗化 (B)粗化 (C)正常 (D)細化 (E)較細化 (F)特別細化 (G)極端細化 網格 52 圖 5 5不同網格尺寸下之平均峰值流速收斂結果(樹枝狀流道) 52 圖 5 6 不同網格尺寸下之平均峰值流速收斂結果(扇形流道) 53 圖 5 7 不同網格尺寸下之平均峰值流速收斂結果(長直流道) 53 圖 5 8樹枝狀流道網格建構示意 (A)流道整體上視圖 (B)局部放大圖 54 圖 6 1實體流道系統之壓降表現 56 圖 6 2純流道之壓力分布上視圖(X-Y面) (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 58 圖 6 3純流道延X軸向之壓力分布 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 58 圖 6 4單純樹枝狀流道之壓力模擬 59 圖 6 5流道配合濾材後之壓力分布上視圖 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 60 圖 6 6流道配合濾材後之X軸向壓力分布 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 60 圖 6 7樹枝狀流道配合濾材後之壓力分布曲線 61 圖 6 8 (A)模擬濾材示意 (B)模擬濾材在流量5.76 L/min之壓力分布 62 圖 6 9純流道之流速分布上視圖 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 63 圖 6 10純流道中央處之流速分布 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 64 圖 6 11流道配合濾材後之流速分布上視圖 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 65 圖 6 12流道配合濾材後之迎風面流速分布 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 65 圖 6 13流道配合濾材後之背風面流速分布 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 65 圖 6 14 扇形流道流線分布局部圖 66 圖 6 15扇形流道與樹枝狀流道之實際流速分布 68 圖 6 16半個樹狀流道之濾材流速分布 (A)迎風面 (B)背風面 68 圖 6 17半個扇形流道之濾材流速分布 (A)迎風面 (B)背風面 68 圖 6 18 3M靜電濾材在不同表面風速下之穿透率(表面電位-1.02kV) 70 圖 6 19 中高效聚丙烯熔噴濾材在不同表面風速下之穿透率(表面電位-1.02kV) 70 圖 6 20超高效聚丙烯熔噴濾材在不同表面風速下之穿透率(表面電位-0.25kV) 70 圖 6 21流道洩漏率檢測結果 (A)長直 (B)扇形 (C)樹枝狀 流道 72 圖 6 22 PP靜電濾材配合流道在表面風速5.0 cm/s下之穿透率 73 圖 6 23 PP靜電濾材配合流道在表面風速6.86 cm/s下之穿透率 74 圖 6 24 PP靜電濾材配合流道在表面風速13.33 cm/s下之穿透率 75 圖 6 25 PP靜電濾材配合流道在表面風速28.47 cm/s下之穿透率 75 圖 6 26 PP靜電濾材配合流道在表面風速2.86 cm/s下之穿透率 76 圖 6 27 完整流道系統與半個流道系統之穿透率表現(表面風速5.0 cm/s) 77 圖 6 28半個流道系統之穿透率表現(表面風速5.0 cm/s) 77 圖 6 29純過濾流道在表面風速5.0 cm/s下之穿透率 79 圖 6 30純過濾流道在表面風速2.86 cm/s下之穿透率 79 圖 6 31一小時負載實驗之微粒上游濃度分布 81 圖 6 32微粒分布取樣位置示意圖 81 圖 6 33使用扇形流道過濾一小時後之微粒在濾材上各位置的分布情形(圖中編號參照圖 6 32 (A) ) 82 圖 6 34使用樹枝狀流道過濾一小時後之微粒在濾材上各位置的分布情形(圖中編號參照圖 6 32 (B) ) 83 圖 6 35 利用Image J分析微粒面積比例示意圖 (A)軟體初步辨識微粒 (B)以手動補點方式輔助辨識微粒 (C)照片色階單一化 84 圖 6 36使用扇形與樹枝狀流道之濾材的微粒分布情形 86 圖 6 37 微粒穿透率隨時間的變化 (A)扇形流道系統 (B)樹枝狀流道系統 87 圖 6 38在一小時連續負載的過程中其流道系統之壓降變化 88 圖 6 39連續兩小時負載後之濾材壓力分布情形 88 圖 6 40 扇形流道與樹枝狀流道綜合比較 (A)流道中央流速 (B)過濾兩小時後，濾材上之壓降分布 (C)微粒在濾材上之面積比例 89 圖 6 41個人化空氣過濾裝置之CADR測試結果 91 圖 6 42個人化空氣過濾裝置之CADR測試結果(數目濃度以對數表示) 91 圖 6 43個人化空氣過濾裝置之微粒分布情形 (彩色尺規表為微粒濃度的比例) 92 圖 6 44個人化空氣過濾系統在不同操作風量下之穿透率變化 93 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 壓損 | zh_TW |
| dc.subject | 過濾系統 | zh_TW |
| dc.subject | 靜電過濾 | zh_TW |
| dc.subject | 有限元素分析 | zh_TW |
| dc.subject | 過濾流場 | zh_TW |
| dc.subject | 樹狀流道 | zh_TW |
| dc.subject | Tree-shaped flow channel | en |
| dc.subject | Filtration system | en |
| dc.subject | Electrostatic filtration | en |
| dc.subject | Pressure drop | en |
| dc.subject | Filtation flow field | en |
| dc.subject | Finite element analysis (FEA) | en |
| dc.title | 樹狀流道於氣溶膠過濾系統中的應用及研發 | zh_TW |
| dc.title | Development of A Tree-shaped Flow Channel for The Application of Aerosol Filtration System | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 106-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.coadvisor | 許聿翔 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 吳光鐘,廖英志,黃盛修 | |
| dc.subject.keyword | 樹狀流道,過濾系統,靜電過濾,壓損,過濾流場,有限元素分析, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | Tree-shaped flow channel,Filtration system,Electrostatic filtration,Pressure drop,Filtation flow field,Finite element analysis (FEA), | en |
| dc.relation.page | 104 | |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU201803842 | |
| dc.rights.note | 有償授權 | |
| dc.date.accepted | 2018-08-17 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 應用力學研究所 | |
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