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应用 FLOW-3D 于喷墨制程的热传 / 流体分析

作者: Christopher N. Delametter , KODAK

报告重点

1) 喷墨制程之模拟分析概论

2) 薄膜结构与相邻流体之间的热分析细节设定

3)均匀热气泡模型的详细结果说明

4) 喷嘴设计的验证(包含了 chamber structure, reservoir, 以及 nozzle)

5)液滴生成模拟

6) 结论

喷墨制程的模拟分析

1.研究分析软件采用 FLOW-3D 商业版本。

2.分析时采用简化的轴对称流体模型仿真典型的热气泡喷墨制程机构

3.在 0~1μs 之间,施加能量于位在流体下方的薄膜堆栈电阻加热机构。

4.大约在 1 μs 时,与加热机构相邻的流体达到过热温度限制,并且开始形成气泡。

5.气泡迅速膨胀,驱动流体通过相邻的孔洞,喷出液滴。

6.气泡继续扩大,当薄膜层不足以支撑气泡形成时,气泡就会破裂。

Fig1. 喷墨过程的模拟 (FLOW-3D)

. 薄膜结构与相邻流体之间的热分析细节设定

. 均匀热气泡模型的特征

•  当气泡开始形成时,流固界面温度达到预定的过热温度限制 。

•  假设气泡为均匀的,并且为理想气体 (equation-of-state) ,可由 Clapeyron 方程式描述的相变化饱和压力 加以说明。通过流体 / 蒸汽边界的质量流率可由动量定律求解而得。

 

Fig2. 均匀热气泡的形成( FLOW-3D

. 实验验证

 Fig3. Open Pool 实验( 2003 年完成 , 感谢 Dr. David Trauernicht 提供此实验照片 )

Fig4. Open Pool 模拟( FLOW-3D )

Ejector 设计的考虑重点

输出特征:

1)  Drop Volume and Velocity

2) Drop Quality

3) Maximum Firing Frequency

关键设计参数:

1) Chamber Height

2) Nozzle Plate Thickness

3)  Nozzle Shape

4)  Reservoir Impedance

5)  Heater Size

. 液滴生成模拟

之前的模拟与结果对照( circa 2002, 分析结果与实验比对相当合理)

感谢 Dr. David Trauernicht 提供此实验照片

. 结论

1)  FLOW-3D 提供柯达 (Kodak) 相当完善的技术支持以及相关的研究协助,并且能够在有限的时间内提供相 当可靠的研究数据。

2)  FLOW-3D 的 VOF 技术证明了分析预测的模拟结果与真正的实验相比非常吻合。

 

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