人的一生接近三分之一的時間是在睡眠中度過，因此睡眠品質的良好與否，對於人體的精神、專注力與健康具有非常大影響。多數人都會注意到鼾聲會使他人不易入睡，並造成自身長期呼吸不順暢以及缺氧，這種症狀稱之為阻塞型睡眠呼吸中止症候群(Obstructive Sleep Apnea Syndrome, OSAS)；經臨床經驗顯示，透過連續正向氣壓輸出治療器 (Continuous Positive Airway Pressure, CPAP)以及雙壓氣壓輸出治療器(Bilevel Positive Airway Pressure, BiPAP)，可以有效治療中度以及重度之患者；然而欲使CPAP的使用能達到良好效果須要高效率的內置風機，若是欲將CPAP風機同時使用於BiPAP之中，則內置風機需要更為強力而且穩定，所以若有一個設計良好之風機，則能使風機橫跨兩個風機系統使用，並同時提升CPAP以及BiPAP的效能及治療之效果。因此本研究結合設計、數值模擬、CNC加工與性能測試工具，來針對CPAP離心風機作一系列的研究與探討；首先在CFD軟體中透過穩態模擬分析市售CPAP之離心風機，並進行相關之性能測試以驗證數值模擬之準確性，並透過實驗與模擬的交互驗證分析，針對各項流場缺失統整出數個改善方案。
由於CPAP是使用於醫療上的機器，所以需要有高壓力以維持呼吸道之暢通，並且流量不可過量以免導致多餘的氣體經由食道流向胃中造成脹氣等不舒適之症狀，本研究之CPAP之操作壓力為400 mm-Aq，並且此時流量以120 LPM為佳；改善方案主要分為外殼改良與葉輪改良兩大部分，其中葉輪改良以扇葉外型分為翼型與平板扇葉，並搭配理論計算之入口角度藉由數值軟體分析，以調整兩種扇葉之入口角度至較佳之角度，其中翼型葉片經過調整後最大壓力以及最大效率分別提升至372 mm-Aq以及44%，並將流量縮減至735 LPM，而平板扇葉經過調整後最大壓力以及最大效率分別提升至383 mm-Aq以及40%，並將流量縮減至731 LPM；本研究考量製造成本，雖然翼型扇葉稍微優於平板型扇葉，仍選用平板型扇葉進行後續改善。針對平板型扇葉的改進部分，其主要目的為提升風機之最大壓力及效率，並使流量調整至適合病患使用，改善之方式為葉輪尺寸調整，其中改善後最大壓力以及效率分別提升至480 mm-Aq以及44%，並且調整最大流量至535 LPM。在外殼的部分，主要透過改變流道尺寸以及擋板形式以改善流道內之流場，以增進CPAP離心風機之穩定性，其中透過舌部距離以及擋板的改進，使得整體風機最高效率分別提升至46%以及51%。實驗階段中透過CNC製造出最佳之Mockup，並在符合AMCA標準之風洞進行實驗測試，結果顯示各個模型之實驗與模擬的誤差值皆在3%以下，驗證了數值分析的結果；但是卻發現風機中有預期外的噪音生成，所以透過微調擋板在舌部與外殼之間隙以減少噪音，調整後的噪音值比原噪音值小了約6dB。並且透過在擋板上進行鑽孔設計，達成與預留間隙相近之效果，並且更利於製造上的良率檢測，透過改良風機之噪音，使此風機更適合用於睡眠環境，給予使用者良好的睡眠品質。本研究之完成可提供CPAP離心風機在設計與開發上，針對流量控制以及壓力提升有所幫助，並且對於高轉速下之高噪音值有初步的解決方案，對於後續CPAP之開發建立一套具系統的設計流程。

Because of the narrow upper respiratory tract, patients with Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSAS) symptom may stop breathing momentarily during sleep and frequently downgrade their life quality seriously. Previous investigations have demonstrated that Continuous Positive Airway Pressure (CPAP) is the most efficient alternative for the OSAS treatment via delivering the compressed air stream through trachea. However, to achieve the optimal effect, a well-designed centrifugal fan is required in the CPAP device. Therefore, designing an appropriate centrifugal fan is an essential and challenging task for the OSAS treatment and become the goal of this study. At first, a sophisticated CFD code Fluent is chosen in utilizing scheme to simulate the flow pattern inside the centrifugal fan. With the high rotating speed, this work considers the flow as a compressible flow in the steady state. Later, through observe the detailed flow visualization of the reference fan for upgrading sleeping quality, a parametric study of the fan geometry is executed for realizing the corresponding influences with the emphasis on the blade curvature, rotor outer diameter, height of the rotor, and the blocking plate used to separate flow of upper and downward level. Thereafter the prototype of optimized design is manufactured by the CNC technique to carry out the corresponding experimental performance verifications. To ensure a reliable outcome, the fan’s performance and noise tests are executed in the AMCA and the semi-anechoic chambers by following AMCA-210-99 and CNS-8753 codes. Besides, by comparing the experimental and numerical results, a remarkable agreement is illustrated to validate the reliability of this CFD model and analysis. Consequently, under the operating pressure 400 mm-Aq and the same rotating speed, the aerodynamic performance of this optimum fan design with a 10dB noise reduction is significantly superior to the reference fan by 50% and 29% increases on its maximum static pressure and the efficiency, respectively. In conclusion, this study successfully establishes a reliable and systematic scheme to design the centrifugal fan used in the CPAP machine.

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