為Cole-Parmer 微齒輪式泵浦，透過泵浦提供介電液循環的動力，藉由改變馬達 其中Re 為慣性力(inertia force)與黏滯力(viscosity force)之無因次參數比值，Dh
為水力直徑：
其中V 為介電液之平均流速，ν 為運動黏滯係數(kinematic viscosity coefficient)，
本實驗雷諾數最大為2400，故水力發展長度至少需要 864mm。本實驗之測試流 道設計長度為1000mm、截面為寬 12mm×高 3mm 的矩型流道，由上下兩層的玻 璃纖維環氧基板(plexiglass)所組成。上層板長作為可視化視窗，用以觀察介電液
作為測試段的進出口。下層板為主流道用，在下層板上铣出一長1000mm、寬
3-1-4 模擬 CPU 晶片
0.0570µm、0.0591µm；Ramin分別為0.0468µm 、0.0498µm、0.0516µm；Rzmax分
別為0.35µm、0.35µm、0.4µm；Rzmin分別為0.2µm、0.35µm、0.4µm。表面加工 過程如附錄A，表面粗糙度定義如附錄 B。
態，而此系統可用來與自測試段流出的高溫蒸氣進行熱交換，將液氣貯存槽的介
3-1-8 輔助系統 的油轉式泵（Oil rotary pump），除氣速度每秒 100 升，與渦輪分子泵（Turbo molecular pump），除氣速度為每秒 160 至 190 升。抽氣時將系統抽氣使壓力達 10-5torr 以下之後，關緊所有通閥並將除氣過的 FC-72 導入系統即可。
3-1-8-3 影像擷取系統
壓力轉換器擷取系統內壓力紀錄，靜置24 小時後再次量取系統內壓力並與先前
3-2-2 實驗量測與流譜拍攝步驟
步驟一：
開啟資料擷取系統與電源供應器，啟動冷卻系統之恆溫槽並設定溫度，使 液氣貯存槽之介電液達到工作狀態。
步驟二：
當恆溫槽達到設定溫度後，開啟介電液泵，並視介電液流量大小調整旁通量。
步驟三：
設定預熱系統之溫度，以控制介電液進入測試時段之次冷度。
步驟四：
開啟加熱系統，慢慢調整電壓、電流，使電壓、電流緩緩增加，並達到一固 定值，此時測試表面溫度亦會慢慢上升。而為了保持測試段之飽和壓力為固 定，必須同時調節管路通閥與泵輸出之流量，來維持測試段為固定壓力。
步驟五：
等系統達到所要求壓力下之穩定狀態後，紀錄當時之測試段之飽和壓力、
飽和溫度、介電液流量、入出口介電液溫度、熱通量值及測試表面溫度，同時
也由視窗觀察流道內的沸騰現象。
其中飽和溫度Tsat乃由測試段壓力經由程式運算對應換算出來的值，即
由此可統計出在各加熱量Qtotal時的熱損失比ε 為 熱傳導定律（Fourier’ law of conduction）加以修正：
t
表3-1 介電液 FC-72 於一大氣壓之熱物理性質 [7]
Properties FC-72
Average Molecular Weight 340 kg / kgmole Critical temperature，Tcrit 178℃
Saturation temperture，Tsat 56.6℃
Density of liquid，ρl 1600 kg / m3
Prandtl number of liquid，Prl 8.900 Coefficient of thermal expansion of liquid，βl -0.001639K-1
Surface tension of liquid，σl 0.008348 N/m Dielectric constant，25℃ ( 1KHz ) 1.76 Dielectric Strength，KV (2.54mm gap ) 42
Solubility of Air
( ml gas/100ml liquid ) 48
表3-2 水力發展長度表 [54]
表3-3 晶片表片粗糙度第一次量測數據
表3-4 晶片表片粗糙度第二次量測數據
表3-5 晶片表片粗糙度第三次量測數據
圖3-1 工作流體之循環系統示意圖
圖3-2 測試段流道示意圖
圖3-3 測試段流道尺寸設計標示圖
圖3-4(a) 流道中加熱晶片之正視剖面圖及尺寸設計標示圖
圖3-4(b) 流道中加熱晶片之剖視剖面圖
圖 3-6 測試段流道之托架尺寸標示圖
圖3-7 模擬電腦 CPU 晶片之無氧銅(oxygen-free copper)銅塊
圖3-8(a) 鐵氟龍側面熱損實驗熱電偶配置圖
圖3-8(b) 鐵氟龍底面熱損實驗熱電偶配置圖
第四章 結果討論與分析
4-2 流動沸騰實驗之沸騰曲線探討
意即核沸騰起始現象之起始點(Onset of Nucleate Boiling－ONB)。核沸騰在 B 點
處開始形成後，氣泡在加熱表面局部性地生成，此一區域為部份發展核沸騰區
度之限制與壓迫，結合之氣泡開始向下發展至加熱面，阻礙流體在沸騰後返回充
量，氣膜則完全覆蓋了加熱表面，導致臨界熱通量的產生，圖(j)為接近臨界熱通 游逐漸成長，稱之為漸變模式。在圖4-6(a)中，Heindeal 等人以 FC-72 流經流道 高度(Hd)為 6.96mm 的實驗模組，實驗次冷度範圍為 5℃至 43℃，流速為 0.1m/s
著下游端的兩側向上游與中間處成長，直至覆蓋整個加熱面。經研究與探討後，
4-5 不同次冷度對單相熱傳及臨界熱通量之探討
圖 4-16 至圖 4-18 為在一大氣壓、垂直 90o流向時，分別比較當雷諾數為800、
1600、2400 之不同次冷度條件下的沸騰曲線圖，其次冷度變數分別為 33℃、28℃
及23℃。當核沸騰(ONB, onset of nucleate boiling)發生前，主要的熱傳機制為單 相熱傳。在相同的加熱通量下，壁溫隨次冷度不同會呈現明顯差異，次冷度越高，
度越高，則活化成核孔穴所需的壁面過熱度越低。
度33℃在臨界熱通量時的熱傳係數為最高，其值為 7996 W/m2℃；在圖4-26 中，
度，因此受到管壁的壓迫，使得氣泡橫向發展並互相結合形成一層氣膜，此氣膜
1600 及 2400。當核沸騰(ONB, onset of nucleate boiling)發生前，主要的熱傳機制
為單相熱傳。相同的加熱通量下，壁溫會隨流速增加而降低，流速越高，曲線越
出其差異，如圖4-41 至圖 4-43 所示。故較高的流速具有較高的臨界熱通量，亦
4-9 不同流速對熱傳係數之探討
數下臨界熱通量之氣泡流譜圖；圖4-54 至圖 4-56 為一大氣壓、次冷度 28℃時，
熱通量(q”)及壁過熱度(Twall-Tsat)之函數，再乘上一係數加以修正，其中
實驗值所連成的每一點幾乎為三條直線，左邊線性分佈的點為雷諾數在800 時之 曲線；中間線性分佈的點為雷諾數在1600 時之曲線；右邊線性分佈的點為雷諾 數在2400 時之曲線。雷諾數在 1600 時之誤差最小，其誤差小於 5%，雷諾數在 800 及 2400 時之誤差分別小於+10%及-10%。
誤差範圍 實驗最小值 最大不準度 電流 ±0.01 0.07 14.2﹪
電壓 ±0.1 0.4 25﹪
輸入熱通量 0.023 17.8﹪
壁面過熱度 ±0.05 1.32 3.8﹪
晶片面積 ±0.02 2﹪
晶片厚度 ±0.05 5﹪
熱傳係數 17.5﹪
表4-1 實驗最大之不準度
圖4-1 輸入功率與熱損值之關係圖
圖4-2 輸入功率與熱損百分比之關係圖
圖4-3 一大氣壓、Re800、次冷度 33℃、垂直 90o流向沸騰發展 過程之沸騰曲線圖
圖4-4 FC-72 在垂直矩形流道中流過平滑加熱面之氣泡流譜圖，
圖4-5 本流動沸騰實驗在完全發展流下之流體速度分布圖
圖4-6 (a) Heindel et al [55] 在流道高度為 6.96mm 拍攝之氣泡成長過程圖
圖4-6 (b) 本實驗在流道高度為 3mm 時所拍攝之氣泡成長過程圖 [55]
圖4-7 一大氣壓、次冷度 33℃、Re800、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-8 一大氣壓、次冷度 28℃、Re800、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-9 一大氣壓、次冷度 23℃、Re800、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-10 一大氣壓、次冷度 33℃、Re1600、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-11 一大氣壓、次冷度 28℃、Re1600、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-12 一大氣壓、次冷度 23℃、Re1600、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-13 一大氣壓、次冷度 33℃、Re2400、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-14 一大氣壓、次冷度 28℃、Re2400、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-15 一大氣壓、次冷度 23℃、Re2400、垂直 90o流向之沸騰曲線圖
圖4-16 一大氣壓、Re800、垂直 90o流向時，不同次冷度之沸騰曲線比較圖
圖4-17 一大氣壓、Re1600、垂直 90o流向時，不同次冷度之沸騰曲線比較圖
圖4-18 一大氣壓、Re2400、垂直 90o流向時，不同次冷度之沸騰曲線比較圖
圖4-19 一大氣壓、Re800、垂直 90o流向時，不同次冷度之沸騰起始點至臨界 熱通量之沸騰曲線比較圖
圖4-20 一大氣壓、Re1600、垂直 90o流向時，不同次冷度之沸騰起始點至臨界 熱通量之沸騰曲線比較圖
圖4-21 一大氣壓、Re2400、垂直 90o流向時，不同次冷度之沸騰起始點至臨界 熱通量之沸騰曲線比較圖
圖4-22 一大氣壓下，臨界熱通量 CHF 與不同次冷度之關係圖
圖4-23 在一大氣壓及臨界熱通量下，晶片壁溫 Twall與不同次冷度之關係圖
圖4-24 本實驗與 Tso，Tou 和 Xu [36]以不同次冷度在核沸騰後至臨界熱通量之 沸騰曲線比較圖
圖4-25 一大氣壓、Re800、垂直 90o流向時，不同次冷度之熱傳係數比較圖
圖4-26 一大氣壓、Re1600、垂直 90o流向時，不同次冷度之熱傳係數比較圖
圖4-27 一大氣壓、Re2400、垂直 90o流向時，不同次冷度之熱傳係數比較圖
圖4-28 在一大氣壓及臨界熱通量下，熱傳係數 h 與不同次冷度之關係圖
圖4-29 1 atm，Re=800，流向垂直90o，次冷度23℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-30 1 atm，Re=800，流向垂直90o，次冷度28℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-31 1 atm，Re=800，流向垂直90o，次冷度33℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-32 1 atm，Re=1600，流向垂直 90o，次冷度23℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-33 1 atm，Re=1600，流向垂直 90o，次冷度28℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-34 1 atm，Re=1600，流向垂直 90o，次冷度33℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-35 1 atm，Re=2400，流向垂直 90o，次冷度23℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-36 1 atm，Re=2400，流向垂直 90o，次冷度28℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-37 1 atm，Re=2400，流向垂直 90o，次冷度33℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-38 一大氣壓、次冷度23℃、垂直90o流向時，不同雷諾數之沸騰曲線比較圖
圖4-39 一大氣壓、次冷度28℃、垂直90o流向時，不同雷諾數之沸騰曲線比較圖
圖4-40 一大氣壓、次冷度33℃、垂直90o流向時，不同雷諾數之沸騰曲線比較圖
圖4-41 一大氣壓、次冷度 23℃、垂直 90o流向時，不同雷諾數之沸騰起始點至 臨界熱通量之沸騰曲線比較圖
圖4-42 一大氣壓、次冷度 28℃、垂直 90o流向時，不同雷諾數之沸騰起始點至 臨界熱通量之沸騰曲線比較圖
圖4-43 一大氣壓、次冷度 33℃、垂直 90o流向時，不同雷諾數之沸騰起始點至 臨界熱通量之沸騰曲線比較圖
圖4-44 在一大氣壓下，臨界熱通量 CHF 與不同雷諾數 Re 之關係圖
圖4-45 在一大氣壓及臨界熱通量下，晶片壁溫 Twall與不同雷諾數之關係圖
圖4-46 本實驗與 Tso，Tou 和 Xu [36]以不同流速在核沸騰後至臨界熱通量之沸 騰曲線比較圖
圖4-47 一大氣壓、次冷度23℃、垂直90o流向時，不同雷諾數之熱傳係數比較圖
圖4-48 一大氣壓、次冷度28℃、垂直90o流向時，不同雷諾數之熱傳係數比較圖
圖4-49 一大氣壓、次冷度33℃、垂直90o流向時，不同雷諾數之熱傳係數比較圖
圖4-50 在一大氣壓及臨界熱通量下，熱傳係數 h 與不同雷諾數之關係圖
圖4-51 1 atm，Re=800，流向垂直90o，次冷度23℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-52 1 atm，Re=1600，流向垂直90o，次冷度23℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-53 1 atm，Re=2400，流向垂直90o，次冷度23℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-54 1 atm，Re=800，流向垂直90o，次冷度28℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-55 1 atm，Re=1600，流向垂直90o，次冷度28℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-56 1 atm，Re=2400，流向垂直90o，次冷度28℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-57 1 atm，Re=800，流向垂直90o，次冷度33℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-58 1 atm，Re=1600，流向垂直90o，次冷度33℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖
圖4-59 1 atm，Re=2400，流向垂直90o，次冷度33℃之近臨界熱通量氣泡流譜圖