NTU Beyond Borders 開放報名

NTU Beyond Borders將由蔣雅郁教授帶領臺大學生至德國進行無重力流體力學理論與實驗之深度學習活動，此課程有3學分。

相關規定可參閱學校網站: https://ntubeyondborders.ntu.edu.tw/#sec1

請有興趣的同學來信，檢附履歷(至多兩頁)、修課成績、個人陳述等與其他有利資料至 yayuc@ntu.edu.tw報名。本課程預計招收7位臺大學生，來信報名截止時間為6/10，完成初選後，6/12號前將會安排第二階段面試，未獲錄取者將不另行通知。Note: 6/25 課程開始前尚未具臺大學籍者，教務處有最後決定補助與否之權利。 學習目標

參與本課程的學生須先具備有基礎的工程數學與流體力學知識，並在本課程當中從地表的流體力學統御方程式理論出發，推導並歸納缺少重力的情況下流動行為的改變。隨後，藉由參與操作無重力/微重力實驗，完成觀察與驗證理論，並在移地機構指導下親自設計並執行一個簡單的流體機械運作實驗，利用感測器或攝影機記錄後進行分析，最後，以英文書面與口頭方式呈現學生自己的觀察。

本次移地課程將先透過課堂講解，循序漸進的方式引導學生進行實驗，課程主軸分為：「流體力學的復興跟創新」、「流體機械實驗設計與驗證」和「微重力環境的模擬」，並搭配結果展示與課後反思。課程學習目標與詳細說明如下：

 課程時間以全英文方式進行聽講、交流與實習。

 以英文清楚陳述地表（1 G）、無重力（Zero-G）與微重力（Micro-G）環境下，穩態無黏性流體靜力學、動力學與有黏性流體動力學的差異與其適用的方程式。

 可使用撰寫與修改簡單的圖形化程式，用來擷取資料、控制儀器與特定協定進行通訊以進行互動。

 理解流體機械裝置的原理、用途，並設計合適的實驗方法與利用布萊梅大學提供的感測工具蒐集實驗數據。

 與其他國籍的學生、工程師與老師講述、討論與答辯自行設計的無重力觀測實驗。

 分析相關研究在國際上的發展，與返回台灣後可執行的實驗、研究主題 ，並找出獨特性。

課程內容：

工作場所安全：在正式開始課程之前，將安排以場域安全和操作實驗安全為主題的安全講習課程。首先是實驗環境風險評估，包括進行任何操作前須要先檢查場域是否有異音、異味，並熟悉逃生路線、確認路徑上有無障礙物，以及應急裝置的和個人防護裝備的位置及使用方式；操作實驗安全方面則會教導學生實驗中使用到的化學品（如甲苯、乙酸乙酯、丙酮）的危害分類與緊急應變方式，並特別講解有可能操作之設備（如車床及手鋸等等）的安全注意事項。

實驗室場所安全會請 ZARM 提供，藥品及儀器操作安全分別參照台灣勞動部職業安全衛生所規範的危害性化學品之分類、標示要向以及機械設備器具安全標準。

流體力學的復興跟創新：從一般的穩態無黏性流體靜力學、動力學，再到考量黏性作用下描述液體、空氣等流體的運動的偏微分方程式：納維爾－斯托克斯方程式，後續再將上述內容中的重力項次部分提出來，探討當重力項降低或低至無重力時，本來的力學特性在理論上有甚麼變化，並請同學藉由想像描述可能的流體行為，並討論要分析這些流體行為，需要量測甚麼流體特性及如何達到。

教材將以老師自製講義為主，輔以Fundamentals of Fluid Mechanics 7th 版（作者: Bruce R. Munson, Alric P. Rothmayer, Theodore H. Okiishi）。並以板書加上多媒體材料呈現。

流體機械實驗開發與驗證：

實驗設備簡介：教導學生了解如何操作與維護流體輸送裝置，介紹安裝與調整參數的方式，例如固定注射器、設定輸送流率以及更換裝置內部傳動皮帶，此外，教導管流實驗中常用到的螺帽與套環的安裝方式以及將管道固定的原理，助教也將提供常見的故障排除方法，讓學生自行操作時能試著自己排錯。另外，將會講解閥門的運作原理以及如何安裝與控制，配合後續學習的LabVIEW 系統，讓學生能以簡單地控制流體方向，將傳統機械閥門與數位化控制整合。

LabVIEW 的原理與實作：講解LabVIEW 基本的程式結構與函式模組，控制以及讀取數據的方式。在實作方面，學生能在操作介面上用拖拉的方式建立工作流程，嘗試讀取溫度感測器數據並即時顯示量測結果，設定流體機械輸送裝置運作參數包含注射器內徑及輸送流率。最終設計出一套可遠端操作的完整墜落實驗流程，從前置實驗參數設置、閥門控制、到編排實驗裝置、高速攝影機啟動到實驗操作艙釋放的時間軸流程。

（教材將以老師自製講義為主，輔以Labview for Everyone （作者: Travis, Jeffrey/ Wells, Lisa K.）。以多媒體材料呈現並在現場使用電腦操作示範。）

3D 列印：從平面的草圖到經由長料除料變成 3D 模型，生成 3D 檔後再以切片軟體進行列印的參數調整，包含擺放位置與角度、列印速度、支撐、填充率以及底層溫度等等。並且學習線材的替換與底板預熱，以及在列印時若遇到列印翹曲、線材堵塞等問題時該如何排錯。

簡易管流實驗設計：引導學生規劃並測試管流實驗，其中包含利用計算雷諾數判斷管流屬於層流或紊流，並實際觀察驗證。也會讓學生以 3 人為一組，設計出能觀察到指定現象的實驗，將由老師及助教在旁協助與輔導。

（操作實驗相關設備及書面引導教材將由助教由台灣製作、準備，並在現場提供。）

微重力環境的模擬：介紹各國不同模擬無重力環境的實驗，例如飛機失重、雙軸旋轉機等等，並分析不同模擬方式的優缺點。另外，除了參觀墜落塔以外，還會介紹當地另一項模擬微重力環境的設施—GraviTower Bremen Pro （Gravi Pro）。課程中將詳細說明 Gravi Pro 不同於 Drop Tower 的微重力模擬方式 （工作原理），並重點介紹其滑軌系統的運作原理，以及如何透過精密控制達成多種重力環境的模擬，例如月球重力和火星重力等。

結果展示：

1. 設計簡易流體實驗裝置：

 完成設計並組裝一套簡易流體實驗裝置，成功安裝於實驗操作艙中。

 確保裝置在墜落過程中的穩定性與功能性，並順利釋放進行微重力測試。

2. 實驗結果分析與理論對比：

 以本次課程所學的流體力學與熱傳學理論，分析實驗結果。

 比較理論預測與實驗結果，嘗試解釋原因。

3. 口頭報告：

 對當地工程師進行全英文口頭報告，內容須有實驗原理、研究目標、實驗設置以及結果。

 回答工程師提出的專業問題，展現表達能力與批判性思考。

4. 書面報告：

 課程結束回國後撰寫書面報告，規則如學習評量中提及內容。

課後反思：

1. 帶領學生思考「太空站、太空梭與太空殖民地」需要使用流體控制的情境有哪些，並考量地表上可用的流體機械如何操作，並引入在課堂講解與實驗操作後會發現那些力學行為改變，導致地表上的流體機械面對到挑戰，並給予腦力激盪進行新型態的流體操控技術開發或流體機械創新。

2. 在書面報告中分析國際上相關無重力實驗大多著重於甚麼主題，本次移地學習中所學的理論、設計的實驗，是否已經有相類似的研究；除了德國布萊梅大學外還有甚麼可使用的儀器與設備。本次移地研究中，對於外國工作文化、求學態度與跨領域學習有甚麼體悟，相較台灣現行研究設施與教學有甚麼自身獨特的地方。並評估自身除了語言能力，還需要提升甚麼能力（如：探究及批判能力、運用資訊科技能力及跨文化溝通能力等）才能成為國際化人才，增加國際競合力。