2-1 實驗設備
面積 10mm x 10mm 之銅塊，作為模擬的電腦 CPU 晶片，
1-1 流體循環系統
體循環系統為介電液流動的循環管路。其元件 本實驗以截
使用介電液 FC-72 為工作流體，於狹窄的矩形流道中，在不同的流道 方位，進行流動沸騰實驗的觀測與分析。實驗設備共分為: 流體循環 系統、測試段系統、預熱循環系統、數據擷取系統、輔助系統以及影 像擷取系統。如圖 2-1 所示。
如圖 2-1 所示，流
包含:液氣除存槽、流體驅動泵浦、儲壓器、電子式流量計、預熱段 和冷凝段。系統之循環步驟為介電液自液氣儲存槽流出，經由泵浦驅 動後流入流量計量取流量值，在經過預熱系統將介電液加熱，固定工 作流體進入測試段前所需達到的次冷度，接著流體進入測試段進行實 驗觀測與數據擷取，最後再返回液氣儲存槽並與冷卻循環系統做熱交 換，將氣液儲存槽中的高溫介電液蒸氣冷凝至液態，形成一個回路循 環系統。本系統所使用的介電液泵浦為 Cole-Parmer 微型齒輪式泵 浦，透過泵浦提供介電液循環的動力，藉由改變馬達轉速來調整其輸 出的流量，流量的控制亦可由針閥手動調整及利用旁通迴路將多餘的
流量導回液氣儲存槽。
2-1-2 測試段
試段組成如圖 2-2 所示，測試段尺寸圖如圖 2-3 所 本實驗之測
示。測試段為一長 595mm、截面積為寬 10mm x 高 2mm 的矩形狹窄流 道，是由上下兩層的玻璃纖維環氧機板所組成。上層板做為可視化視 窗，用以觀察介電液於管道內氣泡成長的情形與發展的位置並可拍攝 成流譜。上板在測試段的兩端各有開孔連接環路做為測試段的進出 口。下層板是做為主流道用，在下層板上铣出一長 540mm、寬 10mm、
深 2mm 的溝槽，與上層板組合後即為實驗之測試流道。在下層板的流 道表面距離進口端下游 540mm 處，有一模擬電腦晶片的加熱表面 (10mm x 10mm)，提供實驗所需的熱通量，而在距離進口端 530mm 處，
埋設一熱電偶以量測流體進口溫度 Tin。加熱片模組如圖 2-4 所示，
是先用水刀在下層板流道中，於上述的位置處切出一長 10mm、寬 10mm 且貫穿下層板的通道，然後置入長 10mm、寬 10mm、高 5mm，材質為 無氧銅之銅塊，並在與玻璃纖維環氧基板的接觸面上，塗上耐高溫的 矽膠用以黏著固定並防止液漏。在銅塊工作表面下方 2.45mm 處平均 埋設 3 根熱電偶(如圖 2-5 所示)，用以推算加熱後銅塊所代表的模擬 晶片表面工作溫度。加熱源方面，銅塊的下表面與下層板之下表面貼
齊，並在銅塊下表面處貼上加熱面積為 10mm x 10mm 的薄型電熱片，
最後在電熱片下方緊密鎖上長 60mm、寬 30mm、高 10mm 之鐵氟龍，減 少熱散失於空氣中。
2-1-3 流道托架與流道方位擺置
的方位，由於測試段兩端皆有管
1-4 模擬加熱晶片
之材料為無氧銅，其加熱工作表面為平滑加熱 本流動沸騰實驗，需改變流道
路，故必須設計一托架使測試段流道能與機台保持適當空間，並可使 流道調整其方位角度。流道放置水平時，使用水平儀確認管道保持在 水平方向，放置垂直時，則使用一掛重物之細線確定其垂直的方位，
放置 45°與 135°時，則量測管道中心水平與垂直方向至拖架支點的距 離，以確認其角度。流道托架也須配合觀測方便，在固定測試段的托 架上設計一觀測視窗，提供流譜的拍攝。流道拖架與觀測視窗的設計 如圖 2-6 所示，測試段利用拖架改變方位的示意圖，如圖 2-7 所示。
四種角度示意圖如圖 2-8 所示。
本研究之模擬晶片
面，如圖 2-9 所示。其工作表面為 10mm x 10mm，工作表面以單位面 積顆粒數為 4000 的砂紙研磨處理，之後再進行拋光程序，最後貼齊
流道面至入測試流道。
2-1-5 預熱循環系統
本實驗預熱系統的功用主要為控制介電液在進入測試段前的次
1-6 冷卻循環系統
由一恆溫槽與液氣儲存槽所構成，其工作流體
1-7 數據擷取系統
為 Yokogawa DA 2500E 型資料收集器，共有 冷度。預熱系統是在預熱段的介電液環路外以一封閉式的儲水容器外 接一高溫恆溫槽做熱交換，其控溫範圍為 0℃-100℃，並可以依照內 建的控溫程式，設定溫度維持定溫狀態。在預熱系統外部緊密包覆熱 傳導係數極低的隔熱棉以防止熱量的散逸。
冷卻循環系統主要
為水，用以控制系統壓力及冷凝介電液蒸氣。介電液自測試段流出後 為液氣兩相共存的狀態，而此系統則可用來與液氣儲存槽內自測試段 流出的高溫蒸氣進行熱交換，將液氣儲存槽的介電液蒸氣冷凝至液 相，以確保進入流量計的介電液為液態。
實驗數據擷取系統
60 個頻道可接收實驗數據及資料，內部設有熱電偶轉換功能，所以 溫度量測時即直接以所讀數據經校正曲線轉換而得，至於壓力的量
測，則以被動式之壓力轉換器所產生之電流，經由一並聯電阻調整，
進而在數據擷取器上得到正確之壓力值。
2-1-8 量測儀器 器
口、預熱段進口。測試段進口的壓力量測使用
度的量測則採用 OmegaT-type 熱電偶，其基本誤差
1-9 輔助系統
FC-72 液體(無溶解氣體)在流動沸騰狀態下，做 2-1-8-1 壓力轉換
介電液於流量計進
Bourdon E-7 壓力轉換器，操作範圍在 0~4(kgf/cm)，誤差值為±0.2%，
輸出訊號為 4~20mA，由於數據擷取系統只能讀取電壓值，故將壓力 轉換器並聯 250Ω的標準電阻(絕對誤差值±0.5%)，以獲得 1~5V 的電 壓值。本論文藉由調整流道閥口大小與流速，使系統維持在一大氣壓。
2-1-8-2 熱電偶 測試段表面溫
為 0.5℃，而熱電偶的校正是以 HP2804A 型石英溫度計為基準，量取 70 點恆溫槽水溫而得的校正曲線，經由校正後誤差可達 0.2℃。
2-2-1-9-1 除氣系統 本實驗是針對純
的熱傳分析實驗。由於 FC-72 液體在常壓下會溶解大量空氣，而溶入
的非凝結氣會在工作流體尚未達到飽和狀態時就先形成氣泡，並改變 流體的物理性質，並有可能干擾加熱晶片表面氣泡產生的情形，造成 實驗數據與結果的誤差。所以 FC-72 液體在灌入此實驗環路系統前，
必須先做除氣這個步驟。除氣系統主要是由不鏽鋼容器、冷凝器和排 氣閥所組成的裝置。除氣時先將除氣系統與介電液循環系統的通閥鎖 緊，接著將 FC-72 液體灌入不鏽鋼容器內，以直流電源供應器加熱至 介電液沸騰，將沸騰蒸發的介電液蒸氣與受熱導致氣化的非凝結氣體 通入冷凝器中。在冷凝器中，介電液蒸氣凝結成液體回流至容器中，
非凝結氣體則經由排氣閥排放至大氣中。如此循環持續進行，至一大 氣壓飽和溫度 56.6℃為止，完成除氣動作。
2-1-9-2 真空幫浦
本實驗的真空幫浦為 ULVAC 的 YTP-150M 型，其系統共分兩部份，
1-10 影像擷取系統
分別為前置的油轉式幫浦(Oil rotary pump)，除氣速度每秒 100 升，
與渦輪分子幫浦(Turbo molecular pump)，除氣速度為每秒 160 至 190 升。抽氣時先用油轉式幫浦將系統抽氣使壓力達道 10−3torr 後，
在開啟渦輪分子幫浦抽氣，將系統壓力抽至 10−5torr 以下後，關緊 所有閥口並將除氣完成的 FC-72 導入系統即可。
在進行流譜觀測時，使用高速數位相機透過測試段觀測視窗，紀
2 實驗方法及步驟
鎖緊，灌入高壓氮氣使環路中絕對壓力達 3 大氣
放掉氮氣，將液氣儲存槽及整個環路以本實驗 錄沸騰過程與氣泡特性。使用相機之型號為富士 S602zoom，快門速 度可達 1/10000 秒，最高儲存像素為六百萬畫素之影像，近拍距離可 達 10mm。
2-2-2-1 實驗前準備工作 2-2-1-1 環路測漏 將環路的各部位
壓，經由壓力轉換器量取系統內壓力記錄，靜置 24 小時後再次量取 系統內壓力並與先前紀錄之壓力值比對，以確定整個環路是否有洩 漏，若壓力的減少超過 0.5kPa/hr，則表示環路尚未接妥或是管路焊 接處加工不良，可將泡沫水塗抹於管路銜接處，在灌入高壓氮氣，重 新檢查洩漏處並將漏洞排除，然後重複步驟，直到壓力減少程度低於 所設定之標準為止。
2-2-1-2 環路抽真空 確定系統無洩漏後
室的 ULVAC 真空幫浦抽真空至內部壓力達 10−5torr，以減少整個環路 內殘存的不凝結氣體。
2-2-1-3 介電液除氣
除氣的步驟是先將除氣系統和介電液循環系統的通閥所緊，然後
2-2 實驗量測與流譜拍攝步驟
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
預熱系統之恆溫槽溫度以控制介電液進入測試段時之次冷
溫槽達到設定溫度後開啟介電液幫浦，並視介電液流量大小 將介電液灌入不鏽鋼容器內並以直流電源供應器加熱，始容器內之介 電液劇烈沸騰，介電液蒸氣伴隨釋出的空氣至冷凝器，與一逆流的冷 卻系統(Reflux Chiller)進行熱交換，冷凝成液體回流至容器中，殘 存空氣則由排氣閥伴隨著些許的介電液蒸氣排放至大氣中。如此循環 進行約 30 分鐘，至常壓下飽和溫度誤差值在 0.1℃以內為止，藉由 上述步驟消除液體中之不凝結氣體，最後將除氣完成的介電液灌入以 抽真空的液氣儲存槽內，即可開始進行實驗。
2-步驟一 開啟
溫度，使液氣儲存槽之介電液達到工作狀態。
步驟二 設定 度。
步驟三 當恆
調整旁通量。
步驟四
開啟加熱系統，慢慢調整電壓、電流，使電壓和電流緩緩增加，
系統達到所要求壓力下之穩定狀態後，記錄當時測試段之飽
測視窗進行流譜觀察，用高速 CCD 相機配合閃光器在近拍模
結束後，依反步驟將各元件系統關閉。
3 實驗參數計算
並達到一固定值，此時測試表面溫度會慢慢上升，在此同時為保持測 試段之飽和壓力為固定，必須調節管路通閥與幫浦輸出之流量，來維
並達到一固定值，此時測試表面溫度會慢慢上升，在此同時為保持測 試段之飽和壓力為固定，必須調節管路通閥與幫浦輸出之流量，來維