Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권10호
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pp.1232-1236
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2014
Numerical models of fluid dynamics inside the micro actuator chamber and nozzle are presented. The models include ink flow from reservoir, bubble formation and growth, ejection through the nozzle, and dynamics of refill process. Since high tapered nozzle is one of the very important parameters for overall actuator performance design. The effects of variations of nozzle thickness, diameter, and taper angles are simulated and some results are compared with the experimental results. It is found that the ink droplet ejection through the thinner and high tapered nozzle is more steady, fast, and robust.
Liquid dispensing systems are extensively used in various industries such as display, semiconductor, and battery manufacturing. Of the many types of dispensers, drop-on-demand piezoelectric jetting systems are widely used in semiconductor industries because of their ability to dispense minute volumes with high precision. However, due to the problems of nozzle clogging and undesirable dispensing behavior in these dispensers, which often result in device failure, the use of highly viscous fluids is limited. Accordingly, we studied the behaviors of droplet formation based on changes in viscosity. The effects of surface energy and the inner diameters of needle-type nozzles were also studied. Results showed that nozzles with lower surface energies reduced the ejection volume of droplets when a smaller nozzle diameter (0.21 mm in this study) was applied. These results indicate that the hydrophobic treatment of nozzle surfaces and the use of smaller nozzle diameters are critical factors enabling the use of highly viscous fluids in precision dispensing applications.
In this paper, we present a design, analysis, fabrication and performance test of the novel DoD metal-jet system for application to the high-density and high-temperature-melting materials. The theoretical analysis of the metal-jet nozzle system is derived by using electro-mechanical analogy. Based on the theoretical analysis results, we design the metal-jet print head system and fabricate the metal-jet system, which can eject the droplet of lead-free metal solder in high-temperature. In the experimental test, we set up the test apparatus for visualization of the droplet ejection and measure the ejected droplet volume and velocity. As a result, the diameter, volume and the velocity of the ejected droplet are about 65 $\mu$m $\sim$ 70 $\mu$m, 145p1 $\sim$ 180 pl and 4m/s, which shows quite good agreement with the theoretical analysis results of the 75 $\mu$m-diameter and 220 pl-volume of droplet. In comparison with the experimental result, the errors of diameter and volume are 7% $\sim$ 13% and 18 $\sim$ 34%, respectively.
Simulated experiments of high pressure melt ejection(HPME) are performed to measure the released fraction of corium simulant from the French type PWR cavity. The experiments are carried out on a 1/20th linear scaled model of the Ulchin 1&2 cavity. Water or woods metal and nitrogen is used as simulant of molten corium and steam, respectively. Experimental parameters are water mass, annulus area and breach size. It is shown that only breach size effects is very important while the mass and the annulus area do not affect the released fraction. It is found that the liquid film transport is much more dominant mechanism than the entrainment droplet transport, especially in linear scale down simulated HPME experiment.
Carbon nanotubes have attracted much attention as future mechanical and electronic materials. However, manipulating techniques are not well developed yet. Here we propose to use electrostatic drop-on-demand devices to eject micro-droplets containing micelle-suspended single-walled carbon nanotubes. A simple electrostatic force analysis and photographic studies of droplet ejection process are presented. The analytical analysis shows that semiconducting species have higher electrostatic force density. However, enrichment of specific electronic types is not clear at large size droplets produced in this study. A micro-scale jetting device is being produced to prove the suggested behavior.
본 연구는 주기적 강제 진동이 가해지는 표면의 액적 모드 특성과 표면에 놓인 액적의 제거에 대한 조건을 실험적으로 이해하는 것을 목적으로 하고 있다. 액적의 거동을 명확하게 관찰하기 위해 아크릴 표면에 Teflon 코팅을 진행하여 접촉각을 높였고, 히스테리시스는 25도 이내로 진행하여 액적의 거동이 보다 쉽게 진행되도록 하였다. 본 실험은 먼지가 적은 청정실에서 실험이 진행되었다. 제작된 소수성 표면에 놓인 액적의 실제 공진 주파수를 예측하기 위해 이론 및 실험적 해석을 통해 두 접근방법의 타당성을 파악하였으며, 두 개의 초고속카메라를 액적의 상면과 측면에 설치하여 2가지 측면에서 액적의 다양한 형상 변형 특성- 모드 형상, 분리, 미소 액적의 발생, 그리고 좌우 비틀림의 특성을 관찰하였다. 이론 값 비교결과 실제 공진 주파수 값들의 차이가 약 18% 이하로 관찰되었으며, 이러한 차이는 접촉선 마찰, 비선형 벽 고착, 실험의 불확실성 등에 가장 큰 영향을 받는 것으로 판단된다. 사용된 스피커에 상대적으로 낮은 전압을 인가할 경우 액적의 접촉선은 고정된 상태에서 좌우 대칭적인 액적 형상진동이 나타났다. 반면, 높은 전압을 인가할 경우 액적의 접촉선은 비고정된 상태가 되면서 더 활발한 형상 진동이 나타났다. 가진 주파수가 모드 주파수와 일치할 경우에는 액적의 로브 크기가 주변부 주파수 일 때 보다 비교적으로 컸으며, 같은 전압을 인가 할 경우, 표면에 놓인 액적의 미소 액적 발생 및 완전한 제거는 2차 모드에서만 진행되는 것을 실험을 통해 규명하였다.
The drop ejection process from a micro nozzle is investigated by numerically solving the conservation equations for mass and momentum. The liquid-gas interface is tracked by a level set method which is extended for two-fluid flows with irregular solid boundaries. Based on the numerical results, the liquid jet breaking and droplet formation behavior is found to depend strongly on the pulse type of forcing pressure and the contact angle at the gas-liquid-solid interline. The negative pressure forcing can be used to control the formation of satellite droplets. Also, various nozzle shapes are tested to investigate their effect on droplet formation.
Inkjet printing is a non-contact and direct writing associated with a computer. In the industrial field, there have been many efforts to utilize the inkjet printing as a new way of manufacturing, especially for electronic devices. For the application of inkjet printing to electronic field, one of the key factors is exact realization of designed images into printed patterns. In this work, micro patterning for conducting line has been studied using the piezoelectric print head and silver nano ink. Dimensions of printed images have been predicted in terms of print resolution and diameter of a single dot. The predicted and the measured values showed consistent results. Using the results, the design capability for industrial inkjet printing could be achieved.
The restrictor, which is a fluid channel from a reservoir to a chamber inside a thermal micro actuator, has been fabricated using ArF and KrF excimer lasers, Diode-Pumped Solid State Lasers (DPSSL) and femtosecond lasers for a feasibility study. A numerical model of fluid dynamics for the actuator chamber and restrictor is presented. The model includes bubble formation and growth, droplet ejection through nozzle, and dynamics of fluid refill through the restrictor from a reservoir. Since an optimized and well-fabricated restrictor is important for a high frequency actuator, some special beam delivery setups and post processing techniques have been researched and developed. The effects of variations of the restrictor length, diameter, and tapered shapes are simulated and the results are analyzed to determine the optimal design. The numerical results of droplet velocity and volume are compared with the experimental results of a cylindrical-shaped actuator. It is found that the micro actuators having tapered restrictors show better high frequency characteristics than those having a cylindrical shape without any notable decrease of droplet volume. The laser-fabricated restrictors demonstrate initial feasibility for the laser direct ablation technique although more development is required.
냉각제 분사조건이 변화할 때 혼합가스 사출시스템 (또는 가스-스팀 발사체계) 냉각효율 및 발사체 사출성능의 변화를 확인하기 위해 3차원 수치모사를 수행하였다. 선행연구를 참조하여 구축한 1차원 모델을 통해 3차원 단상(single-phase) 계산모델을 검증한 후, Discrete Phase Model을 활용하여 고온의 기체에 냉각제 분사를 모사한 이상(two-phase) 유동 계산을 수행하였다. 냉각제 유량과 분사구 개수를 각각 변화시키면서 계산을 수행한 결과, 분사구 개수를 증가시켰을 경우 냉각효율이 보다 개선되었다. 또한 분사조건에 따라 냉각제 액적 서로간의 coalescence 발생 빈도 및 공간분포 변화가 발생하여 액적의 직경이 달라졌고, 이는 냉각제 증발률에 영향을 미쳤다. 냉각제의 증발은 breech 내부의 온도를 감소시키는 반면에 압력감소를 억제하여 사출시스템 최적화 설계에 있어 중요한 요소임을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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