本研究主要進行金屬積層製造技術於史特靈引擎熱交換器製造之可行性評估，並透過其加工優勢進行複雜三維內部流道設計，藉此增加其熱交換面積與熱傳係數，提升引擎內部工作流體與外界熱源之熱交換量，以提升引擎性能。理論方面，本研究透過修正非理想絕熱模型，進行引擎內部工作流體之密度、壓力、溫度與流速等熱物理性質變化分析，同時結合引擎傳動機構之動力模型，進行引擎性能模擬，藉此進行不同流道內結構設計下之性能比較。研究結果指出，熱交換器內結構的設計可有效提升引擎性能，最大功率可由1418 W提升至2429 W，性能提升71.3 %。

在微米及次微米尺度下，因材料性質選擇或幾何空間尺寸等限制，往往使得微系統內質量與熱量傳遞的效果不彰，進而影響微系統之工作性能表現。例如，水溶液中的溶質，其擴散係數數值多半極小，且由於微尺度下液體的運動多屬於低雷諾數之層流流動，因此，如何有效地傳輸或混合待測溶質，便成為微流體或實驗室晶片系統設計上的重要課題。另外，積體電路與微機電系統中因電路不斷地充電、放電，系統單位體積內將產生十分可觀的廢熱。然而，礙於微機電與微電路系統內空間狹小的限制，如何應用熱導係數較高卻有著黏滯係數較大缺陷的液態工作流體來增強散熱以維持系統性能表現的穩定，亦是微系統熱流工程所面臨的一大挑戰。
本報告中，我們在以不增加動件以及抑制電解和焦耳熱效應的前提下，探討如何應用電解質水溶液的穩態振盪電滲透流場(steady oscillatory electroosmosis)，來增強此平均淨流率為零的微流道流場，其主流方向熱能傳遞或是不帶電、不反應被動溶質(passive species)的質量傳遞。我們在電雙層(electrical double layer, EDL)不重疊、線性電雙層電位、穩態週期振盪、潤滑近似以及流場中存在一常定背景濃度或溫度梯度的假設下，求解描述電雙層電位分佈之泊松-波茲曼(Poisson-Boltzmann)方程、描述流體線動量平衡之奈威-史托克(Navier-Stokes)方程，以及描述熱、質量傳輸的對流擴散守恆方程，並獲得電位、流速以及溫度或濃度分佈的解析表示式。利用所獲解析解，我們更進一步計算時間與空間平均下所得之主流方向或軸向熱通量與質傳通量。
在水溶液中被動溶質質傳的增強效應方面，我們發現需要對振盪電滲透流的流量振幅進行控制，以獲得顯著的質傳隨振盪頻率增加而增強之效果[1]。相較於微流道寬度，若電雙層厚度愈薄，則流速愈趨近於活塞流或均勻流分佈，並抑制泰勒分散(Taylor dispersion)效應，令質傳增強效應不明顯。反之，若電雙層厚度愈厚，流速分佈愈趨不均勻，泰勒分散效應能較有效地被利用，而達到質傳增強的效果[1,2]。鑒於流速分佈的不均勻性與質傳增強效應的優劣息息相關，我們導入不對稱的微流道壁面電位與滑移條件來提高流速分佈的不均勻性，以強化泰勒分散效應，並發現不對稱邊界條件的應用能有效提升單位電能輸入所獲得的質傳增益[2]。最後，我們亦考慮流道壁面電荷與滑移長度間的耦合機制，與其對軸向質傳增強的影響。相較於以往壁面電荷與滑移長度各自視為不相依、獨立變數的情況，壁面電荷與滑移長度耦合條件下所得質傳增益變異量，將隨耦合係數愈大、不帶電滑移長度愈長、壁面電荷密度愈高、電雙層厚度愈薄或流道邊界條件愈不對稱而愈大。
另外，在穩態振盪電滲流軸向熱傳增強效應方面，我們從固定流量振幅或是固定驅動電場強度兩個面向進行探討。由於在相同振盪電滲流場中，熱傳遞與稀薄濃度質量傳遞問題的統馭方程及求解模式相類似，因此即便熱傳問題中的普朗德(Prandtl)數小於質傳問題中的施密特(Schmidt)數約一到兩個數量級，我們在固定流量振幅模式下所獲得熱傳增強效應的結果，大體上與前述質傳增強效應之結果相似。亦即，在電雙層厚度相較於管徑或管寬愈厚的條件下，愈能利用泰勒分散機制而獲得較高的熱傳增益量，並在無因次頻率或沃莫斯利(Womersley)數數量級為一時(振盪週期匹配動量傳遞時間)，產生如共振般的巨幅熱傳增益。與此同時，若我們固定驅動電場強度而不固定流量振幅，流速分佈不均勻所誘發的泰勒分散效應對於熱傳增益的影響將更加明顯。換言之，在低頻、壁面流速不滑移與電雙層厚度愈厚的條件下，可獲得較明顯的熱傳增強效應。適度地引入壁面滑移流速，將使得前述共振熱傳效應產生峰值，即熱傳增益在到達峰值後，隨沃莫斯利數的提升而降低。
我們預期本研究所得之成果應有助於微流體或微機電系統中，熱傳或質傳增強裝置的設計與開發，並期望能在未來進一步達成調頻或調幅動態熱管理以及溶質分散、混合之目標，提高微尺度熱質傳應用之靈活度與彈性。

關鍵詞：電雙層；電滲透流；熱傳增強效應；被動溶質傳遞；穩態振盪流場；泰勒分散效應

參考文獻
[1] H.-F. Huang, C.-L. Lai, Proc. Roy. Soc. A 462 (2006) 2017-2038.
[2] H.-F. Huang, K.-H. Huang, Phys. Fluids 33 (2021) 032021.

與汽油、柴油和天然氣等傳統燃料相比，氫氣具有更寬的燃燒極限，例如更快的火焰傳播速度和擴散速度。透過在傳統燃料中添加氫氣，發動機可以實現更高的效率，改善燃油經濟性，同時減少排放。此外，加氫發動機研究只需要對傳統發動機進行小幅改造，對製造成本的增幅很小；為了解加氫對燃燒和排放的影響，我們選擇了Ansys Forte軟體進行模擬比較。
在每分鐘1450轉的低轉速、低負荷的當量點與稀薄燃燒兩個工況下，設定的當量比分別為1和0.7，分別都比較加氫與不加氫兩種條件。加氫的模型中設定氫氣占燃油質量的10%，與空氣一同從進氣歧管進入氣缸。實驗和模擬所用的125c.c.引擎，為四行程兩氣門歧管噴射引擎。缸徑為52.4mm，衝程為57.9mm，壓縮比為10.7。
結果發現在當量比0.7的情況下，在加氫燃燒後最大缸內壓力及最高溫度分別提升18%與6%；而在當量比1.0的情況下，結果也是相似情況。
也可以發現在當量比0.7的情況下，在加氫燃燒後CO排放下降40%，NO排放則是上升99%；而在當量比1.0的情況下，結果也是相似情況。
在當量比1.0時，加氫燃燒後熱效率從32%提升至34%；而當量比0.7時，熱效率從30%提升至33%。當量比1.0時，燃燒持續時間在加氫燃燒後從33下降至23 (degree)；當量比0.7時，則在加氫燃燒後從49下降至38 (degree)。
CO排放下降的原因是因為加氫燃燒後改善了不完全燃燒，也導致CO排放減少；而NO排放上升的原因則是因為影響NO排放的主要因素是氣缸溫度，而加氫燃燒後溫度提升，NO排放也跟著提升。從模擬結果來看，加氫燃燒後熱效率確實提升，能夠增加燃油經濟性，並導致燃燒持續時間縮短；排放部分，後續能夠透過當量比及氫氣質量分數的改變，來找出最佳化設計。

因立方碳化矽(3C-SiC)其卓越的物理性質，加上較其於碳化矽多型體低廉許多的製造成本，許多文獻表達了正向的態度，認為在不久的將來3C-SiC元件必能實現商業化量產。
本研究使用了非平衡態分子動力學模擬方法，研究了無缺陷之3C-SiC薄膜在不同奈米尺度、溫度下，熱傳導係數受溫度效應以及尺度效應影響之變化，將結果整理成圖表以便觀察其變化趨勢，並基於文獻結果以及理論層面推測出產生變化的可能原因。
另外由於薄膜在生產時由於設備良率或是基板前處理，無可避免的會有缺陷發生，故本研究以隨機抽取欲探討比例之分子的方法模擬了在薄膜有缺陷發生的狀況，透過改變不同缺陷濃度，觀察其熱傳導係數在不同參數設定的條件下，受到尺度效應、溫度效應以及缺陷效應的影響，並且給予這些結果一個可能的原因。
藉由觀察薄膜熱傳導係數的變化，了解3C-SiC薄膜之傳熱行為，並將其與現今主流碳化矽多型體4H-SiC進行了比較，評估3C-SiC取代4H-SiC作為新一代碳化矽元件材料的可能性，研究最後得到非常正向的結果。
關鍵詞：非平衡態分子動力學；碳化矽薄膜；立方碳化矽；六方碳化矽；熱傳導係數