第一章 緒論
本章節主要為敘述本研究的基本概念與架構，分為前言、研究動機、研究目 的、研究方法、論文架構與文獻回顧，分別敘述如後。
1.1 前言
隨著科技的進步，人們不斷運用現今科技所研發出來的器具與設備來追求更 便利、更舒適的水活水準，也由於如此，造成全球對於石油、媒等能源的需求量 大增，而這些天然資源的存放量，皆遠遠不及人們的消耗量，造成了能源耗竭危 機，迫使人們必頇有效地提升石化燃料的最大經濟效益，同時也不得不尋找新的 替代能源，因此關於綠能動力(green power source)的研究發展已成為當前重要的課 題。
奈米科技在近幾十年來，已有許多突破性的研究結果。奈米科技涵蓋領域橫 跨物理、化學、材料、化工、電機、機械、生物及醫學等，也被實際應用在生化 科技、光機電、能源、電子等產業上，創造許多新興產業[1]。藉由奈米科技與能 源領域的結合，來提升高科技產業技術是非常具有研究以及討論價值。
在1995年，Choi et al. [2]提出奈米流體(nanofluid)的概念，在流體中加入奈米 級(nano-scale)的顆粒，藉此可提高流體的熱傳能力。而奈米顆粒粒徑較大，流體 穩定性較差，容易發生管路阻塞及磨損，因此懸浮與分散性為影響奈米流體性能 的重要因素。
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1.2 研究動機
現今綠能動力已被廣泛應用在先進運輸工具、發電站及不斷電系統。綠能動 力包含燃料電池、電瓶和超級電容器，高操作效率和零汙染的特色是它的優勢，
也被視為有潛力的動力源[3]。改善輸出性能、熱管理、系統設計控制是主要關鍵 因素。許多研究證實溫度是影響輸出性能的關鍵角色。輸出性能包含輸出電壓、
電容量、放電狀態、系統效率，甚至壽命[4]。因此，一個精心設計的綠能動力散 熱系統是很重要的。
通常熱管理系統分為氣冷式和水冷式兩種[5]。在氣冷式系統，廢熱的排出是 經由自然對流或利用風扇做強迫對流。簡單結構、低成本是主要優點，然而，較 弱的熱交換能力和受限制的冷卻面積對於使用在高功率裝置是較不適合的。在水 冷式系統，廢熱的移除是經由裝置於四周利用水作循環或裝置內設水道循環來帶 走熱。冷卻水經由水泵推動，熱主要由熱交換器帶走。散熱能力強適合用於高功 率裝置。不過，要考慮其複雜的結構和高成本所帶來的影響。
此外，比較空氣與水的熱對流係數，空氣在自然對流時的熱對流係數為 5~25W/m2K，在強迫對流時的熱對流係數為10~200W/m2K，水的熱對流係數在自 然對流時為20~100W/m2K，在強迫對流時為50~10000W/m2K，相較之下，水擁有 較佳的熱傳能力[6]。因此，利用水冷來作為綠能動力散熱系統的散熱媒介是較佳 的。
許多研究指出，增加奈米顆粒於水中並應用於熱交換器系統中，能有效提升 原有的熱傳性能，因為散熱效果好，也可以減小熱交換器的體積，不佔空間又容 易實施[7-9]。本論文選擇使用三氧化二鋁/水(Al2O3/water)奈米流體作為綠能動力散 熱系統的工作流體，主要考量Al2O3/water奈米流體的化學與物理性質穩定，而且相 較於其他種類的奈米流體之下，擁有較佳的懸浮性與不易團聚的優勢，能有效改 善系統的熱傳性能[10]。熱傳性能的提升具有縮減綠能動力散熱系統的散熱器與水 泵體積的潛力，對於電動車輛的配置空間、載重與續航力將能有所貢獻。
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1.3 研究目的
本論文具體的研究目的如下：
1. 奈米流體之合成。
2. 針對氧化鋁奈米流體進行基本理化性質量測與分析。
3. 將氧化鋁奈米流體應用於氣冷式熱交換器之散熱性能分析。
4. 將氧化鋁奈米流體應用於綠能動力系統之散熱性能分析。
5. 氧化鋁奈米流體應用於綠能動力系統之可行性評估。
1.4 研究方法
本論文採用文獻探討、理論分析與實驗研究等三種方式進行研究。主要分為 氧化鋁奈米流體基本特性分析與應用研究兩大部分進行研究與探討。在基本特性 研究分析上，透過理論分析與實驗研究來探討不同奈米流體濃度在不同溫度之下 對於熱傳導係數、密度、黏滯係數與比熱等性質的影響，並與相關文獻進行分析 與比較；在應用研究方面，透過理論分析與實驗量測來進行氧化鋁奈米流體應用 於氣冷式熱交換器與綠能動力散熱系統的散熱性能測試與可行性評估。其研究架 構如圖1.1所示。
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理論分析與文獻回顧
流體特性實驗
1. 氣冷式熱交換器應用實驗 2. 綠能散熱系統應用實驗
奈米流體應用於 綠能散熱系統之研究
結論 應用實驗
完成?
Yes No
1. 材料分析 2. 物理性質分析
奈米流體製備
資料分析
完成?
結果與討論
No
Yes
圖1.1 Al2O3/water奈米流體應用於綠能動力散熱系統散熱性能之研究架構圖
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1.5 論文架構
本論文分為五章並進行論述，各章內容架構分述如下：
第一章 緒論：敘述本研究之前言、研究動機、研究目的、研究方法、論文 架構以及文獻回顧。
第二章 相關理論與分析：奈米流體的製程、檢測技術、相關理論基礎以及