三十年我在機械工程科技研究之回顧

 


 

計畫主持人

陳朝光教授

 

 

           出生日期:民國23年10月17日

             現職
             1.國立成功大學機械工程學系教授
             2.教育部設置國家講座教授

            經歷
   (1)教育部後置國家講座主持人(民國87年8月迄今)
   (2)國科會工程處諮議委員,及機械熱流與能源學門召集人(民國87年迄今)
   (3)美國Int.J.of Heat and Mass Transfer和Int.Comm.of Heat and Mass Transfer兩期刊之Honorary  
                   Editorial Advisory Board(民國86年迄今)
   (4)美國Int.J.of Transport phenomena 期刊Asia Regional Editor(民國86年迄今)
   (5)中華民國灰色系統系統學會創會理事長(民國85年~89年)
   (6)中國華中理工大學機械工程系博士生導師(兼)(民國84年迄今)
   (7)中國哈爾濱工業大學客座教授(兼)(民國84年迄今)
   (8)中國機械工程學刊總編輯(民國82年迄今)
   (9)國立成功大學機械工程學系主任、所長(民國79年~82年)
   (10)英國曼徹斯特大學機械工程學系訪問教授(民國78年~79年)
   (11)泛太平洋國家熱流工程中心組織評議委員(民國75年迄今)
   (12)英國利物浦大學機械工程學系訪問教授(民國69年~70年)
   (13)國立成功大學機械工程學系教授(民國64年迄今)
   (14)中國石油公司高雄煉油廠機械工程師(民國49年~55年)

 

 

 一、前言

 

  由民國五十五年十月進入成功大學機械工程學系服務迄今已三十二年,在這三十多年來,除了教學,在研究計畫之執行,其研究經費之來源都受國家科學委員會之大力支持和協助,使本人之研究工作能持續進行並獲得一定程度之成果,在此十二萬分之感謝,如果無當年國科會之設立,今日台灣之科技基礎研究和人才之培養,必無今日之成就。本人非常肯定國科會對吾國科技和經濟文化發展之貢獻,近三十多年來在成大機械系服務,一方面從事教學工作,培育機械工程人才,一方面從事熱流科技和機械工程科學有關之研究,截至目前研究成果發表於國際著名學術期刊近二百篇,國內學術期刊三十餘篇,國內外會議論文近六十篇,並在國際會議上擔任諮議委員或大會名譽主席等多次,自民國七十年在英國利物普大學訪問研究一年返國即專注於熱流科技與機械工程科學有關之研究,主要以熱流科技為主,其他有關機械工程之基礎與應用科技為輔,提出具創新性之基礎理論,應用於廣泛之機械領域。涵蓋:一、散熱系統與凝結熱傳方面之研究。二、暫態熱彈性破壞問題之研究。三、有限時間熱力學循環與熱經濟之理論。四、模糊控制理論與模糊最佳化設計之研究。五、物理逆運算問題之理論研究。六、精密機械加工與量測之基礎與應用研究。七、灰色系統預測與決策理論,可拓性集合之應用研究。八、機械手臂動力學與符號運算法在機械運動機構之應用研究。九、電磁性流體對流熱穩定理論之研究。十、動力系統混沌現象與控制之研究等。最近則在磁性流體和電磁變流體等智慧型流體之基礎與應用研究,微分幾何在機械工程上之應用和分子熱流體力學方面投入時間做探討,期望能有成果,在機械科技發展上有所應用,下面茲將相關之研究作一簡述。

 

 

二、研究主題、過程及成果

 

1. 散熱系統與凝結熱傳相關之研究

     在一九八0年代之前,散熱片之熱傳特性研究皆限於一維之熱傳導分析,並假設散熱片周圍之熱對流傳遞係數為常數,此一分析方法係一種近似解的分析法,無法評估其誤差,僅能依靠實驗來證實其可靠性,在此方面我們提出熱對流一傳導偶合分析法直接分析散熱片之傳熱特性,包括外圍氣流為層流或紊流,並考慮高溫熱輻射作用之影響和暫態熱傳分析,對熱交換器和散熱片之設計和應用具參考之價值,其成果並被收錄於散熱片研究之回顧文集中,且其研究成果發表於國際期刊12篇。

2. 暫態熱彈性破壞問題之研究

     由於微機電系統和電子構裝技術之發展設計與製造精度之要求,對材料受熱而產生破壞或剝離之情況都與熱彈性力學有關,一般對熱彈性破壞力學之研究,皆以如何產生破壞的機制做徹底之分析研究,我們在此類問題上,站在另外一個角度,研究在熱彈性破壞時,如何以熱的輸入方法,來修補材料裂縫之擴展,並獲得新的現象,其研究成果發表於國際期刊6篇。

3. 有限時間熱力循環與熱經濟之理論研究

     有限時間熱力學之熱循環分析與熱經濟分析,由於古典熱力學對熱循環之分析,係應用熱力平衡可逆過程之觀念,忽略循環運行所需之時間性和不可逆性,致熱力循環僅產生功而無功率輸出之結果,本研究為修正古典熱力學之不合實際之分析觀念,建立有限時間熱力學分析法與熱經濟分析之關係,重新建立以「最大功率輸出為準之最佳熱效率」以符合實際工程之應用已獲初步之成果,並發表十篇論文於國際期刊。

4. 工程逆算問題之理論研究

     一般學者認為物理逆算問題係一種不適定問題,很難獲得滿意之收斂唯一存在解,本研究主要係對3種二階偏微分方程,提出一種有效之逆算數值解法,並將其應用於感測器之設計和精密加工之熱問題分析,已獲得初步之成果,並發表成果論文八篇於國際期刊。

5. 灰色系統預測與決策之研究

     灰色系統理論係由中國大陸學者鄧聚龍教授推廣康托創立的經典集合論,引入灰帶數區之灰集合為基礎,發展成一獨自之灰色系統理論體系,由於灰色系統於1982年初創,並應用於農業、交通、氣象教育與工程等領域之預測與決策問題,由於理論初創初創在預測模型之建立具相當多的盲點無法突破,致其對所欲預測之問題,無法達到理想之準確,本人在灰色預測方面做了方法之修飾和建模方法,使灰色預測系統理論更具完善,並將其研究成果,第一次發表於國際最具著名之英國皇家學報,其後並陸續廣展研究,將其研究成果發表於國際有關應用數學與系統之期刊6篇,並在吾國成立灰色系統理論學會,以繼續推動,此一具潛力之預測與決策系統理論方法,更具實用更加發揚。

6. 精密機械加工之基礎與理論研究

     此一研究獲得國科會三年之整合型研究計畫,我們在此計畫中獲得二項較重要之研究成果,其一為超精密研磨研拋技術,利用電腦模擬研磨路線軌跡,設計一具均勻研磨軌跡之機構,使研磨研拋之表面精度提高至亞納米級,且操作時間可節省,本機構已在申請專利中,並將成果投稿於國際期刊。另一成果為工具機高速主軸在線之圓度和圓錐度之量測,並首次以理論方法推出最小包容圓度和圓錐度,其研究成果在精密旋轉機床之量測具廣泛之應用,同時應用微分幾何原理設計精密之特殊刀具和CNC工具機加工刀具,其成果發表於國際期刊4篇。

7. 機械手臂動力學之研究

     一般對機械手臂運動學之分析均採用典型之座標轉換方法,其缺點為轉換矩陣之連乘,計算繁雜,我們提出一套符號運算法來簡化分析過程,進而應用於廣泛之空間機構運動,更推廣可分析空間機構中高對或低對之動力學分析,其研究成果發表於國際著名IEEE,自動化期刊等4篇。

8. 自動控制理論方面之研究

     對現代控制理論中”區間系統之根軌跡尋求”方法提出新的方法,並對近十幾年來發展中之模糊控制理論提出控制器穩定性之分析方法,並有新的成果發表於國際模糊系統學刊等十多篇。

9. 其他機械工程方面之研究

     在金屬切削加工及機床振動方面都有重要之研究成果並應用熱傳科技於稻穀乾燥之理論分析,設計快速稻穀乾燥機具實際應用之成果並與業界合作推廣使用。

 

 

三、結語

 

     近三十年來在國家科學委員會之研究資助基礎與應用專題研究,始能在六十年代初至七十年代中,台灣經濟情況不佳,學術研究環境和研究風氣不佳中,能在機械工程科技之熱流基礎研究。有些研究成果,自七十年代後,台灣經濟漸進入發展時期,自國外回流於各大學和研究機構之專業人才漸多,帶來了新的研究氣息和競爭力,在機械工程科技,全面都帶來了研究的新成果,尤其在國科會大力之經費補助下,對機械工程自動化之推展獲得了良好的進展,也培養了很多的專業技術人力和研究人力,使吾國在工業發展和經濟建設,在優厚專業人力支援下,能與國際先進國家競爭,國科會功不可沒。在機械熱流與能源方面之研究,由於熱流科技之研究性質較屬基礎性,人力之培育較具軟性技術,諸如基礎性之實驗與數值模擬,讓參與之研究人力獲得良好之解決熱流應用技術之工具和學識,較不具硬體實體之表現,故在國科會支助研究下,熱流之研究成果在基礎研究之成果表現,已具國際水平與先進國家並駕齊驅而不遜,近五年來由於能源之缺乏和能源使用對環境之影響,吾國政府再度重視熱流與能源之研究,使熱流與能源之研究經費資源廣及電力科技、石油科技與永續會(環保署污染防止)和經濟部能源委員會之大力資助專題重點研究,未來國科會對熱流與能源之研究應隨政府之政策和國際之研究趨勢與策略,做整體之規劃,並在重點研究大學設置能源研究中心做長期性之重點專題計畫補助,以維護實驗儀器設備之正常運作,並藉由國科會之補助成為開放性實驗研究中心,提供具共同研究興趣之大專院校人員使用,達到資源共享、永續經營和人力整合,以發展吾國經濟建設。

 

連絡地址:(106)台北市和平東路二段106號20樓

連絡電話:(02)27377312 傳真電話:(02)27377673