低速空氣噴流撞擊一大直徑加熱圓板之混合對流新渦流結構及其不穩定特性研究(I)

Abstract

在一具有低速氣體垂直噴流撞擊至水平加熱圓板的垂直圓柱形容器中，由浮力和慣 性力所驅動之複雜渦旋氣流及相關的熱傳特性，常見於垂直式MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition)來成長薄膜單晶製程中。在過去的三年期研究計畫裡(2001 年8 月至2004 年7 月)，我們完成以實驗來探討此一渦旋氣流的特性，包括:此一渦旋氣流結 構產生的時機，以及其穩態和暫態的特徵。此外，也首次發現三次流的存在。對一低速 垂直撞擊一大直徑加熱面之噴流而言，基本上存在各種渦流型式，例如:circular rolls, inertia rolls, bifurcation rolls, incomplete rolls, cells，渦流的onset, splitting, merging 和 deformation，但其特徵仍然未詳細深入瞭解，仍需要進一步的深入研究。 本三年期研究計畫將更進一步藉由建立一新設計的模擬垂直式MOCVD 氣流 場的實驗系統及數值模擬，探討垂直MOCVD 製程中，由一大直徑(16 吋)的高溫晶圓所 驅動之不穩定混合對流現象及各種可能出現的渦流結構，找出各種渦流出現及存在的條 件，及其熱傳及流動之特性，特別針對渦流結構之改變過程詳細研究。詳細的熱傳和流 動之特性探討將結合流場觀測及暫態溫度量測和數值計算，並檢視各參數對熱傳及之流 動特性之影響。 在第一年的研究裡（2004 年8 月至2005 年7 月），我們將建立此渦旋流研究的 實驗系統，並進行初步測試。而在第二年的計畫裡（2005 年8 月至2006 年7 月），我們 將改善實驗系統，並觀測噴流裡各種渦流結構與量測相關的熱傳特性。此外，實驗觀測 的渦流patterns 將和數值模擬作比較。最後在第三年的計畫裡（2006 年8 月至2007 年7 月），我們將探討各類可能出現之噴流撞擊加熱板之渦流結構及其對噴流熱傳特性之影 響。