臺灣博碩士論文加值系統

在現今燃氣熱水器已成為一般家庭的必備品。燃氣熱水器顧名思義，是以可燃燒氣體與空氣進行混合的方式，進入燃燒火排混氣後，在熱水器燃燒室進行燃燒，轉換取得熱能。在現今重視經濟、安全與環保的情況下，為達到更好的效能、降低成本、安全與減少污染、是現今發展的趨勢。
本研究將針對某一特定燃氣熱水器的加熱核心，燃燒火排與燃燒室設計不良造成燃燒不完全進行設計改善，過程中將藉由科學化模擬軟體輔助，來探討與改善燃氣熱水器設計不良造成燃燒不完全的問題。

關鍵字：燃氣熱水器、瓦斯混氣、流體力學

Abstract
In today's gas water heaters have become general household essential goods. Gas water heater as the name implies, is a combustible gas and air are mixed in the way, after entering the burner gas mixing in the combustion chamber for combustion heaters, heat conversion achieved. In the case of today's emphasis on economic, security and environmental protection, in order to achieve better performance, lower cost, safety and reduce pollution, the development trend of today.
This study will focus on a particular core heating gas water heater, burner and combustion chamber design incomplete combustion caused by poor design improvement process will be assisted by scientific simulation software to explore and improve gas water heater caused by bad design incomplete combustion problems.
Keywords: Gas water heaters, Gas mixed with air, Fluid mechanics

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2燃氣熱水器簡介 2
1.2.1燃氣熱水器加熱系統 2
1.2.2燃氣熱水器加熱核心設計與發展 5
1.3研究動機與目的 7
1.4研究方法與流程 8
1.5論文架構 10
第二章文獻探討 11
2.1一氧化碳與氮氧化物相關介紹 11
2.1.1一氧化碳影響人體之嚴重性 11
2.1.2氮氧化物危害與生成機制 12
2.2燃氣燃燒原理、特性與反應式 14
2.2.1燃燒反應式[19] 15
2.2.2燃燒理論空氣量 16
2.2.3燃燒過剩空氣值[22] 17
2.2.4瓦斯器具的燃燒方式種類[23] 17
2.5.5燃燒時的各種現象[28] 19
2.6基礎理論 25
2.6.1質量守恆定律[33] 25
2.6.2白努利定律 [34] 26
2.7 ANSYS 模擬分析軟體[35][36] 27
2.7.1 網格建置 27
2.7.2 ANSYS CFX收斂標準 29
第三章燃燒火排與燃燒室模擬分析與設計改善 30
3.1研究流程 30
3.1.1燃燒火排 (研究對象1) 30
3.1.2燃燒室鼓風加壓室(研室對象2) 31
3.2模擬數值定義與說明 33
3.2.1燃燒火排 (研究對象1)與燃燒室(研究對象2) 模擬數值 34
3.3燃燒火排(對象1)-原始設計 模擬分析 37
3.3.1原始設計-燃燒火排(研究對象1) 37
3.3.2原始設計-速度分佈圖 (圖3-5) 38
3.3.4原始設計-燃燒火排單位出口流量圖與速度分佈簡化圖(圖3-7) 40
3.3.5原始設計-甲烷濃度分佈圖(圖3-9) 41
3.3.6原始設計-甲烷濃度單位出口流量圖(圖3-10) 41
3.3.7原始設計-乙烷濃度分佈圖(圖3-11) 42
3.3.8原始設計-乙烷濃度單位出口流量圖 42
3.3.9原始設計-燃燒火排模分析小結 43
3.4設計變更 修改1 45
3.4.1 修改1 內流道圖 46
3.4.2修改1速度分佈圖 47
3.4.3修改1燃燒火排內流場線圖 49
3.4.4修改1與原始設計 單位出口流量圖比較 50
3.4.5修改1與原始設計 甲烷濃度單位出口流量比較圖(圖3-23) 51
3.4.6修改1與原始設計 乙烷單位出口流量比較圖(圖3-24) 51
3.4.7修改1 模擬分析小結 52
3.5燃燒火排敏感度分析 53
3.5.1燃燒火排敏感度分析A區 54
3.5.2燃燒火排流道設計敏感度分析A區 55
3.5.3燃燒火排流道設計敏感度模擬分析 A-1~A-3與修改1之比較(單位出口流量表)(圖3-30~圖3-31) 56
3.5.4燃燒火排流道設計敏感度分析A區小結 58
3.5.5燃燒火排敏感度分析B區 59
3.5.6敏感度分析B-1、B-2與修改1之比較(單位出口流量數據表) 60
3.5.7敏感度分析B區小結 61
3.5.8敏感度分析 A、B區小結 61
3.6燃燒火排 修改2 62
3.6.1修改2 速度分佈圖 63
3.6.2修改2 內流場線圖 64
3.6.3修改2與修改1之比較(單位出口流動數據表) 65
3.7燃燒火排 修改3 66
3.7.1修改3 速度分佈圖 67
3.7.2修改3 內流場線圖(圖3-49) 68
3.7.3修改3與修改2之比較(單位出口流量表) 69
3.8燃燒火排設計變更 最終版 70
3.8.1最終版與原始設計比較(單位出口流量表) 71
3.8.2最終版與原始設計比較(甲烷濃度數據表) 72
3.8.3最終版與原始設計比較(乙烷濃度數據表) (圖3-53) 73
3.8.4燃燒火排 小結 74
3.9燃燒室鼓風加壓室-原始設計(研究對象2)(圖3-56) 75
3.9.1燃燒室原始與一層隔板各出氣孔與平均值誤差百分比(圖3-58) 77
3.9.2原始設計與一層隔板之燃燒室鼓風加壓室差異小結 78
3.9.3鼓風加壓修改1 78
3.9.4鼓風加壓修改1內流場線分佈圖(圖3-60) 79
3.9.5鼓風加壓室修改2 81
3.9.6修改2內流場線分佈圖(圖3-63) 82
3.9.7鼓風加壓室修改A 各出氣口平均值誤差之百分比 84
3.9.10鼓風加壓室修改B(最終版)、修改A、與原始設計各出氣口平均值誤差百分比(圖3-66) 85
3.10本章結論 86
第四章結論與建議 88
4.1結論 88
4.2建議 90
英文文獻 91
中文文獻 91

 
表目錄
表2-1 一氧化碳中毒症狀 12
表2-2 燃燒反應式 15
表2-3 燃燒所需的氧氣與理論空氣量 16
表3-1燃氣試算表 32
表3-2燃燒火排模擬數值 35
表3-3 燃燒室鼓風加壓室模擬數值 36
表3-4 擾流片深度 55
表3-5導流片角度 59
表3-6模擬分析與實測差異表 80
表3-7 驗証測試 87















圖目錄
圖1-1 燃氣熱水器簡圖 (內部資料整理) 4
圖1-2燃燒火排與燃燒室(內部資料整理) 6
圖1-3 J型(歐式) 6
圖1-4口琴型(水平式) 6
圖1-5扇型(直立式) 7
圖1-6研究流程圖 9
圖2-1廢氣中NOx與α變化曲線 13
圖2-2 NOx生成與爐溫的關系 14
圖2-3紅火式 17
圖2-4半本生式 18
圖2-5 本生式 18
圖2-6 全1次空氣式 19
圖2-7 燃燒器火焰 20
圖2-8 回火現象 21
圖2-9 浮火現象 23
圖2-10 黃端火焰 24
圖2-11 燃燒火排腔室混氣流場之收斂(研究資料整) 29
圖3-1模擬分析用燃燒火排原始設計 31
圖3-2燃燒室鼓風加壓室 31
圖3-2燃氣與空氣入氣口 35
圖3-3 模擬分析用燃燒室鼓風加壓室各出氣口3D圖 36
圖3-4 燃燒火排各視圖 37
圖3-5速度分佈 38
圖3-6內流場線分佈 39
圖3-7原始設計速度分佈放在簡圖 40
圖3-8單位出口流量表 40
圖3-9甲烷濃度分佈 41
圖3-10甲烷濃度單位出口流量表 41
圖3-11乙烷濃度分佈圖 42
圖3-12乙烷濃度單位出口流量表 42
圖3-13速度分佈圖說明 43
圖3-14 單位出口流量表 44
圖3-15 燃燒火排修改1各視圖 46
圖3-16 修改1速度分佈圖出氣孔流量圖 47
圖3-17 原始設計速度分佈圖出氣孔流量圖 47
圖3-18 修改1速度分佈圖 48
圖3-19 原始設計速度分佈圖 48
圖3-20 修改1內流場線 49
圖3-21 原始設計內流場線 49
圖3-22單位出口流量表 50
圖3-23甲烷濃度單位出口流量表 51
圖3-24乙烷單位出口流量表 51
圖3-25單位出口流量表 52
圖3-26敏感度分析位置圖 53
圖3-27敏感度分析位置圖 54
圖3-28 修改1單位出口流量圖 55
圖3-29擾流片位置 55
圖3-30單位出口流量表A-1~A-3 56
圖3-31 修改1與A-3擾流片單位出口流量比較表 57
圖3-32修改1與A-3單位出口流量表 58
圖3-33設計變更圖 59
圖3-34 B-1單位出口流量表 60
圖3-35 B-2單位出口流量表 60
圖3-36修改1與B-2單位出口流量表 61
圖3-37修改2設計變更圖 62
圖3-38修改2速度分佈圖 63
圖3-39 修改1速度分佈圖 63
圖3-40 修改2內流場線圖 64
圖3-41 修改1內流場線圖 64
圖3-42修改1與修改2單位出口流動表 65
圖3-43修改1與修改2單位出口流量表 66
圖3-44 修改-3設計變更圖 66
圖3-45 修改-3速度分佈圖 67
圖3-46 修改2速度分佈圖 67
圖3-47修改3內流場線圖 68
圖3-48 修改2內流場線圖 68
圖3-49修改3與修改2單位出口流量表 69
圖3-50燃燒火排最終版設計變更圖 70
圖3-51最終版與原始設計單位出口流量表 71
圖3-52 最終版與原始設計甲烷濃度數據表 72
圖3-53最終版與原始設計乙烷濃度數據表 73
圖3-54產品實測圖 74
圖3-55原始設計、13000BTU與25000BTU流量表 75
圖3-56原始設計二層隔板 76
圖3-57鼓風加壓室一層隔板 77
圖3-58原始設計與一層隔板平均值誤差百分比 77
圖3-59鼓風加壓室修改1設變圖 78
圖3-60修改1內流場線分佈圖 79
圖3-61原始設計與修改1平均值誤差百分比 80
圖3-62修改2設變圖 81
圖3-63修改2內流場線分佈圖 82
圖3-64原始設計、修改1與修改2平均值誤差百分比 83
圖3-65修改A與原始設計出氣口平均值誤差百分比 84
圖3-66修改B、修改A與原始設計出氣口平均值誤差百分比 85
圖4-1流道圖 89
圖4-2 導流面圖(Runner) 89

英文文獻
[1] Water Heater history，http://waterheatersconcord.com/water-heater-history/，WATER HETAER ONLE。
[2] Water Heater history，http://waterheatersconcord.com/water-heater-history/，WATER HETAER ONLE。
[3] Water Heater history，http://waterheatersconcord.com/water-heater-history/，WATER HETAER ONLE。

中文文獻
[4] 夏昭知、潘兆鏗，燃氣快速熱水器”重慶大學出版社，p15。
[5] http://www.changjia888.com/chanpin/14929189。
[6]http://tw.taobao.com/item/35218173765.htm?spm=a1z3o.7695283.0.0.BPy4Fm。
[7]https://tw.bid.yahoo.com/item/%E3%80%8A%E5%AF%B6%E5%AA%BD%E5%92%AA%E5%BB%9A%E8%97%9D-%E3%80%8B%E7%86%B1%E6%B0%B4%E5%99%A8%E7%87%83%E7%87%92%E5%99%A8-%E7%86%B1%E6%B0%B4%E5%99%A8%E7%81%AB%E6%8E%92-13%E6%8E%92%E9%80%9A%E7%94%A8%E6%A8%99%E6%BA%96-100103844014。
[8]中時電子，http://www.chinatimes.com/newspapers/20141121001484-260210，台灣櫻花熱水器無線遙控。
[9]中文百科在線，http://www.zwbk.org/ MyLemmaShow.aspx?Zh=zh-tw&lid
=461502，綠色熱水器成爲市場主流 能效標識成選購核心指標。
[10]內政部消防署，http://www.nfa.gov.tw/main/Unit.aspx?ID=&MenuID=500 &ListID=316，防範一氧化碳中毒篇。
[11]內政部消防署http://www.nfa.gov.tw/main/Unit.aspx?ID=&MenuID=500
&ListID=316，防範一氧化碳中毒篇。
[12]夏昭知、潘兆鏗，燃氣快速熱水器，重慶大學出版社，p95。
[13]夏昭知、潘兆鏗，燃氣快速熱水器，重慶大學出版社，p190。
[14]夏昭知、潘兆鏗，燃氣快速熱水器，重慶大學出版社，p190。
[15]夏昭知、潘兆鏗，燃氣快速熱水器，重慶大學出版社，p190。
[16]夏昭知、潘兆鏗，燃氣快速熱水器，重慶大學出版社，p191。
[17]夏昭知、潘兆鏗，燃氣快速熱水器，重慶大學出版社，p191。
[18]夏昭知、潘兆鏗，燃氣快速熱水器，重慶大學出版社，p191。
[19]花景新，燃氣應用技術”化學工業出版社，p1。
[20]花景新，燃氣應用技術”化學工業出版社，p2。
[21]花景新，燃氣應用技術”化學工業出版社，p3。
[22]花景新，燃氣應用技術”化學工業出版社，p3。
[23]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[24]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[25]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[26]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[27]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[28]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[29]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[30]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[31]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[32]瓦斯器具的基本知識，http://www.ton-lin.net/news_view.asp?ID=94，統領瓦斯器材物流中心。
[33]維基百科，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B4%A8%E9%87%8F%E5
%AE%88%E6%81%92%E5%AE%9A%E5%BE%8B?oldformat=true，質
量守質恆定律。
[34]維基百科，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%AF%E5%8A%AA%
E5%88%A9%E5%AE%9A%E5%BE%8B，白努利定律。
[35]虎門科技，http://www.cadmen.com/Page/Item/Item.aspx?tp=Item&im=41，網格處理。
[36]虎門科技，http://www.cadmen.com/Page/Item/Item.aspx?tp=Item&im=41，網格處理。