跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(216.73.216.176) 您好!臺灣時間:2025/09/06 18:19
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:曾俞勲
研究生(外文):Yu-Hsun Tseng
論文名稱:非同質相向噴流衝擊擴散火焰動量比值對燃燒效率之影響
論文名稱(外文):The Effect of Momentum Ratio to the Combustion Efficiency in Un-like Jet Impinging Diffusion Flame
指導教授:蘇艾蘇艾引用關係
指導教授(外文):Ay Su
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:相向噴流衝擊擴散火焰非同質燃料
外文關鍵詞:impinging diffusion flameun-like fuel
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:485
  • 評分評分:
  • 下載下載:28
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:1
本文主要研究非同質相向噴流衝擊擴散火焰動量比值對燃燒效率之影響,相向衝擊火焰架構中,以助燃空氣替代另一支燃料管,經由調整不同質流量條件觀察火焰燃燒結構及火焰燃燒結構溫度差異以及經由調整不同質動量比條件觀察火焰燃燒結構及火焰燃燒結構溫度差異,並於甲烷氣燃料管加裝一遠紅外線節能器比較同流量不同質動量比火焰燃燒結構溫度差異。
實驗主要是將噴嘴固定在72.5度衝擊角度參數條件下。研究目標是求得在不同動量比及流量條件下,對火焰結構產生之溫度的影響,並找出最佳的流量及動量比趨勢。在同質燃燒條件下,火焰結構包含兩個噴流的衝擊結果,但不易看出混合效益。但由本實驗以空氣取代另一支噴流,助燃特性的空氣,在相向噴流火焰結構內,提供明顯的混合關係。
由XY平面溫度圖及Schlieren光學觀測,在七組動量比條件中,當甲烷及空氣動量比為1:1.25時,火焰燃燒場單位面積平均溫度達到978.33度、高溫區及火焰結構穩定性為所有動量比搭配中最佳,在加裝節能器條件中以甲烷及空氣動量比為1:1時,提升燃燒效率最佳達到9.64%。非同質相向噴流擴散火焰藉由有效控制空氣與甲烷對衝動量比,使燃燒場內高溫區能夠集中且穩定作用,火焰內部溫度的瞬時變化將會減至最低,而有助於控制燃燒室火焰燃燒溫度及火焰高度。

Abstract
The research is to study the effect of jet momentum ratio to the combustion efficiency in unlike jet impinging diffusion flame. In the set-up, one of the methane tubes is substituted by the air, by adjusting the momentum ratio to observe the flame structure and measure the flame temperature to determine the efficiency. In addition, an infrared economizer is added to the methane tube to compare the difference.
The impinging angle is fixed at 72.5 degrees. By changing the fuel supply rate, momentum ratio between air and methane and economizer, we visualize the flame structure and calculate the average temperature per unit area. The results of X-Y plane temperature profile and Schlieren photoghaphy indicate the optimum momentum ratio between methane and air is 1:1.25. The high temperature area is highly concentrated and the flame is stabilized. The average temperature per unit area reaches 978 degrees. The results with infrared economizer can increase efficiency up to 9.6% at momentum ratio 1:1.
Keywords:impinging diffusion flame, un-like fuel

目 錄
中文摘要......................................................i
英文摘要.....................................................ii
誌謝........................................................iii
目錄.........................................................iv
表目錄.....................................................viii
圖目錄.......................................................ix
一、 前言...............................................1
1.1 研究背景..........................................1
1.2 應用與實驗目的....................................3
二、 文獻探討...........................................5
三、 實驗設計.........................................10
3.1 實驗主題.........................................10
3.2 主要控制參數說明.................................10
3.3 主題說明.........................................11
3.3.1 研究物理測量方法描述研究相向噴流擴散火焰之火焰結構..............................................11
3.3.2 研究相向噴流半預混火焰之火焰結構並比較擴散火焰與半預混火焰之差異.................................11
3.3.3 研究不同流量非同質相向噴流衝擊火焰操作穩定性之差異..............................................12
3.4 實驗儀器........................................13
3.4.1 溫度量測系統...................................13
3.4.2 流場和火焰拍攝設備.............................13
3.4.3 光學設備........................................13
3.4.4 三維移動平台.................................14
3.4.5 精密平移台.....................................14
3.4.6 數位式氣體流量控制器...........................14
3.4.7 數位式氣體流量計...............................14
3.4.8 遠紅外線節能器..................................15
四、 實驗方法.........................................16
4.1 研究物理測量方法描述研究相向噴流擴散火焰之火焰結構實驗進行方法....................................16
4.1.1 燃料壓力管之安排...............................16
4.1.2 噴嘴架設........................................16
4.1.3 火焰結構之影像拍攝.............................16
4.1.4 Schlieren流場觀察法分析火焰結構...............17
4.2 研究相向噴流擴散火焰之對稱火焰結構及燃燒場溫度差異實驗進行方法..................................17
4.2.1 火焰溫度量測.....................................17
4.2.2 燃燒場溫度差異比較..............................17
4.3 研究於甲烷燃料管加裝遠紅外線節能器在不同動量非同質相向噴流衝擊擴散火焰燃燒場溫度差異實驗進行方法...............................................17
五、 結果與討論........................................19
5.1 條件A:甲烷流量Re=161(250ml/min),空氣流量Re=136(188ml/min),衝量比1:1時之相向對衝火焰說明...............................................19
5.2 條件B:甲烷流量在Re=225(350ml/min),空氣流量Re=190(262ml/min),衝量比1:1時之相向對衝火焰說明...............................................19
5.2.1 Z=0 XY平面火焰燃燒圖.............................20
5.2.2 X=0 YZ平面火焰燃燒圖.............................20
5.2.3 Z=4 XY平面火焰燃燒圖.............................20
5.2.4 X=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................20
5.2.5 X=-4 YZ平面火焰燃燒圖............................20
5.3 條件C:甲烷流量在Re=290(450ml/min),空氣流量Re=200(275ml/min),衝量比1.5:1時之相向對衝火焰說明............................................... 21
5.3.1 Z=0 XY 平面火焰燃燒圖.............................21
5.3.2 X=0 YZ平面火焰燃燒圖.............................21
5.3.3 Z=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................21
5.3.4 X=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................21
5.3.5 X=-4 YZ平面火焰燃燒圖............................22
5.4 條件D:甲烷流量在Re=290(450ml/min),空氣流量Re=219(300ml/min),衝量比1:1.25時之相向對衝火焰說明............................................... 22
5.4.1 Z=0 XY 平面火焰燃燒圖.............................22
5.4.2 X=0 YZ平面火焰燃燒圖.............................22
5.4.3 Z=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................23
5.4.4 X=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................23
5.4.5 X=-4 YZ平面火焰燃燒圖............................23
5.5 條件E:甲烷流量在Re=290(450ml/min),空氣流量Re=245(335ml/min),衝量比1:1時之相向對衝火焰說明............................................... 23
5.5.1 Z=0 XY 平面火焰燃燒圖.............................23
5.5.2 X=0 YZ平面火焰燃燒圖.............................24
5.5.3 Z=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................24
5.5.4 X=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................24
5.5.5 X=-4 YZ平面火焰燃燒圖............................24
5.6 條件F:甲烷流量在Re=290(450ml/min),空氣流量Re=275(376ml/min),衝量比1.25:1時之相向對衝火焰說明............................................... 25
5.6.1 Z=0 XY 平面火焰燃燒圖.............................25
5.6.2 X=0 YZ平面火焰燃燒圖.............................25
5.6.3 Z=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................25
5.6.4 X=4 YZ平面火焰燃燒圖.............................25
5.6.5 X=-4 YZ平面火焰燃燒圖............................26
5.7 條件G:甲烷流量在Re=290(450ml/min),空氣流量Re=300(413ml/min),衝量比1:1.5時之相向對衝火焰說明............................................... 26
5.7.1 Z=0 XY 平面火焰燃燒圖.............................26
5.7.2 X=0 YZ平面火焰燃燒圖.............................26
5.8 條件C:甲烷流量Re=290(450ml/min),空氣流量Re=200(275ml/min),加遠紅外線節能器動量比1.5:1時之相向對衝火焰說明及不同位置相向對衝火焰結構說明...............................................27
5.9 條件D:甲烷流量Re=290(450ml/min),空氣流量Re=219(300ml/min),加遠紅外線節能器動量比1:1.25時之相向對衝火焰說明及不同位置相向對衝火焰結構說明...............................................28
5.10 條件 E:甲烷流量Re=290(450ml/min),空氣流量Re=245(335ml/min),加遠紅外線節能器動量比1:1時之相向對衝火焰說明及不同位置相向對衝火焰結構說明
.................................................29
5.11 條件F:甲烷流量Re=290(450ml/min),空氣流量Re=275(376ml/min),加遠紅外線節能器動量比1.25:1時相向對衝火焰說明及不同位置相向對衝火焰結構說明
.................................................30
六、 燃燒效率討論......................................32
6.1 同一燃燒器角度(72.5度) 同燃料、同動量不同流量之溫度效率比較(I).......... .......... .................32
6.1.1 XY平面...........................................32
6.1.2 YZ平面...........................................33
6.1.3 XY、YZ平面平均溫度...............................33
6.2 同一燃燒器角度(72.5度) 同燃料、同流量不同動量比之溫度效率比較(II)..............................33
6.2.1 XY平面...........................................33
6.2.2 YZ平面...........................................33
6.2.3 XY、YZ平面平均溫度...............................33
6.3 同一燃燒器角度(72.5度) 同燃料流量不同動量比加裝節能器之溫度效率比較..............................34
6.3.1 XY、YZ平面平均溫度...............................34
6.3.2 XY、YZ平面平均溫度...............................34
七、 結論..............................................36
參考文獻.....................................................37
附錄.........................................................40
表 目 錄
表一 衝量值及控制流量對應表................................................................40
表二 各組數據比較表............ ...................................................................41
圖 目 錄
圖一 相向噴流擴散火焰結構圖…………………………………………….42
圖二 實驗系統配置圖……………………………………………………….43
圖三 溫度量測系統配置示意圖………………………………………..44
圖四 噴嘴燃燒器..……………………………………………………….45
圖五、Schileren流場觀測法裝置圖…………………………………………46
圖六 遠紅外線節能器正面圖……………………………………………….47
圖七 遠紅外線節能器內部構造圖………………………………………….47
圖八 條件A 甲烷250ml/min 空氣188ml/min XY平面圖………………..48
圖九 條件A甲烷250 ml/min 空氣188ml/min YZ平面圖………………..48
圖十 條件A 甲烷250ml/min 空氣188ml/min XY紋影圖………………..48
圖十一 條件A甲烷250 ml/min空氣188ml/min YZ紋影圖………………48
圖十二 條件A:甲烷250ml/min 空氣188ml/min XY平面 Z=0 ………….49
圖十三 條件A:甲烷250ml/mmin 空氣188ml/min YZ平面 X=0 ………..50
圖十四 條件B甲烷350ml/min 空氣262ml/min XY平面圖 …………….51
圖十五 條件B甲烷350 ml/min 空氣262ml/min YZ平面圖 ……………51
圖十六 條件B甲烷350ml/mi空氣262ml/min XY紋影圖 ……………….51
圖十七 條件B烷350 ml/min空氣262ml/min YZ紋影圖 ……………….51
圖十八 條件B:甲烷350ml/min 空氣262ml/min XY平面 Z=0 ………….52
圖十九 條件B:甲烷350ml/min 空氣262ml/min YZ平面 X=0 ………….53
圖二十 條件B:甲烷350ml/min 空氣262ml/min XY平面 Z=4 ………..…54
圖二十一 條件B:甲烷350ml/min 空氣262ml/min YZ平面 X=4 ……….55
圖二十二 條件B:甲烷350ml/min 空氣262ml/min YZ平面 Z=-4 ………56
圖二十三 條件C甲烷450ml/min 空氣275ml/min XY平面圖…………...57
圖二十四 條件C: 甲烷450ml/min 空氣275ml/minYZ平面圖 ………….57
圖二十五 條件C: 甲烷450ml/min 空氣275ml/min XY紋影圖………….57
圖二十六 條件C: 甲烷450ml/min 空氣275ml/min XY紋影圖………….57
圖二十七 條件C: 甲烷450ml/min 空氣275ml/min XY平面 Z=0 …….58
圖二十八 條件C: 甲烷450ml/min 空氣275ml/min YZ平面 X=0……….59
圖二十九 條件C: 甲烷450ml/min 空氣275ml/min XY平面 Z=4……….60
圖三十 條件C: 甲烷450ml/min 空氣275ml/min YZ平面 X=4……….61
圖三十一 條件C: 甲烷450ml/min 空氣275ml/min YZ平面 X=-4………62
圖三十二 條件D甲烷450ml/min 空氣300ml/min XY平面圖…………...63
圖三十三 條件D: 甲烷450ml/min 空氣300ml/minYZ平面圖 ………….63
圖三十四 條件D: 甲烷450ml/min 空氣300ml/min XY紋影圖………….63
圖三十五 條件D: 甲烷450ml/min 空氣300ml/min XY紋影圖………….63
圖三十六 條件D: 甲烷450ml/min 空氣300ml/min XY平面 Z=0 …….64
圖三十七 條件D: 甲烷450ml/min 空氣300ml/min YZ平面 X=0……….65
圖三十八 條件D: 甲烷450ml/min 空氣300ml/min XY平面 Z=4……….66
圖三十九 條件D: 甲烷450ml/min 空氣300ml/min YZ平面 X=4……….67
圖四十 條件D: 甲烷450ml/min 空氣300ml/min YZ平面 X=-4 …….68
圖四十一 條件E甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY平面圖…………...69
圖四十二 條件E: 甲烷450ml/min 空氣335ml/minYZ平面圖 ………….69
圖四十三 條件E: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY紋影圖………….69
圖四十四 條件E: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY紋影圖………….69
圖四十五 條件E: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY平面 Z=0 …….70
圖四十六 條件E: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min YZ平面 X=0……….71
圖四十七 條件E: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY平面 Z=4……….72
圖四十八 條件E: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min YZ平面 X=4……….73
圖四十九 條件E: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min YZ平面 X=-4 ……..74
圖五十 條件F甲烷450ml/min 空氣376ml/min XY平面圖…………...75
圖五十一 條件F: 甲烷450ml/min 空氣376ml/minYZ平面圖 ………….75
圖五十二 條件F: 甲烷450ml/min 空氣376ml/min XY紋影圖………….75
圖五十三 條件F: 甲烷450ml/min 空氣376ml/min XY紋影圖………….75
圖五十四 條件F: 甲烷450ml/min 空氣376ml/min XY平面 Z=0 …….76
圖五十五 條件F: 甲烷450ml/min 空氣376ml/min YZ平面 X=0……….77
圖五十六 條件F: 甲烷450ml/min 空氣376ml/min XY平面 Z=4……….78
圖五十七 條件F: 甲烷450ml/min 空氣376ml/min YZ平面 X=4……….79
圖五十八 條件F: 甲烷450ml/min 空氣376ml/min YZ平面 X=-4 …….80
圖五十九 條件G:甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY平面圖…………...81
圖六十 條件G: 甲烷450ml/min 空氣335ml/minYZ平面圖 ………….81
圖六十一 條件G: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY紋影圖………….81
圖六十二 條件G: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY紋影圖………….81
圖六十三 條件G: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY平面 Z=0 …….82
圖六十四 條件G: 甲烷450ml/min 空氣335ml/min YZ平面 X=0……….83
圖六十五 節能器:甲烷450ml/min 空氣275ml/min XY平面 Z=0 ……….84
圖六十六 節能器:甲烷450ml/min 空氣275ml/min YZ平面 X=0……….85
圖六十七 節能器:甲烷450ml/min 空氣275ml/min XY平面 Z=4……….86
圖六十八 節能器:甲烷450ml/min 空氣275ml/min YZ平面 X=4……….87
圖六十九 節能器:甲烷450ml/min 空氣275ml/min YZ平面 X=-4 …….88
圖七十 節能器:甲烷450ml/min 空氣300ml/min XY平面 Z=0 ……….89
圖七十一 節能器:甲烷450ml/min 空氣300ml/min YZ平面 X=0……….90
圖七十二 節能器:甲烷450ml/min 空氣300ml/min XY平面 Z=4……….91
圖七十三 節能器:甲烷450ml/min 空氣300ml/min YZ平面 X=4……….92
圖七十四 節能器:甲烷450ml/min 空氣300ml/min YZ平面 X=-4 …….93
圖七十五 節能器:甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY平面 Z=0 ……….94
圖七十六 節能器:甲烷450ml/min 空氣335ml/min YZ平面 X=0……….95
圖七十七 節能器:甲烷450ml/min 空氣335ml/min XY平面 Z=4……….96
圖七十八 節能器:甲烷450ml/min 空氣335ml/min YZ平面 X=4……….97
圖七十九 節能器:甲烷450ml/min 空氣335ml/min YZ平面 X=-4 …….98
圖八十 節能器:甲烷450ml/min 空氣376ml/min XY平面 Z=0 ……….99
圖八十一 節能器:甲烷450ml/min 空氣376ml/min YZ平面 X=0………100
圖八十二 節能器:甲烷450ml/min 空氣376ml/min XY平面 Z=4………101
圖八十三 節能器:甲烷450ml/min 空氣376ml/min YZ平面 X=4………102
圖八十四 節能器:甲烷450ml/min 空氣376ml/min YZ平面 X=-4 …..103

參 考 文 獻
1. Luna R. E., 1965, “A Study of Impinging Axi-symmetric Jet and Their Application to Size Classification of Small Particles,” Ph. D thesis, Princeton University.
2. Blazowski W., Cole R. and McAlevy R., 1971, “An Investigation of the Combustion Characteristics of Some Polmers Using the Diffusion Flame Technique,” Stevens Institute of Technology, Tech. Report Me -Rt -71004, June.
3. Milson A. and Chigier N. A., 1973, “Studies of Methane and Methane - Air Flames Impinging on a Cold Plate,” Combustion and Flame, 21, pp. 295 -30.
4. Kennedy J. B., 1974 “Ramburner Flow Visualization Studies,” Proceeding of 11th JANNAF Combustion Meeting, Vol. II, Publication 261, Chemical Propulsion Information Agency, pp. 415-440.
5. Holve D. J., and Sawver R. F., 1974, “ Diffusion Controlled Combustion of Polymer, “ presented at the Fifteenth International Symposium on Combustion, Tokyo, Japan, August 25-31.
6. Witze P. O., 1975, “A Study of Impinging Axi-symmetric Turbulent Flow: the Wall Jet, the Radial Jet, and Opposing Free Jets,” SAND 74-8257.
7. Lenze B., Milano M. E., and Gunther R., 1975, “The Mutial Influence of Multiple Jet Diffusion Flame,” Combustion Science and Technology, Vol. 11, pp. 1-8.
8. NASA SPACE VEHICLE DESIGN CRITERIA, March 1976, “Liquid Rocket Engine Injectors,” National Aeronautics and Space Administration.
9. Kuo K. K., 1986, Principle of Combustion, John Wiely and Sons Press, New York, Chapter 5 ﹠Chapter 6.
10. Nosseir N., Peled U. and Hildebrand G., 1986, “Pressure Field Generated by Jet-on-Jet Impingement,” AIAA Journal, Vol. 25, No. 10, Cct., pp. 1312-1317.
11. Poinsot T. J., Trouve A. C., Veynte D. P., Candel S. M., 1987, “Vortex—Driven Acoustically Coupled Combustion Instabilities,” J. Fluid Mech., Vol. 177, pp. 265-292.
12. Chen L. D., Seaba J. P., 1988, “Buoyant Diffusion Flames,” Twenty-Second Symposium on Combustion, pp.677-684.
13. Coats C. M. and Zhao H., 1988, “Transition and Stability of Turbulent Jet Diffusion Flames,” Twenty-second Symposium on Combustion, pp.685-692.
14. Liu T. M., Hwang Y. H. and Wu S. M., 1990, “The Three-Dimensional Jet-Jet Impingement Flow in a Closed—End Cylindrical Duct,” Journal of Fluids Engineering, Vol. 112, pp. 171—178.
15. Smooke M. D., Lin P., Lam J. K. and Long M. B., 1990, “Computational and Experimental Study of a Laminar Axi-symmetric Methane-Air Diffusion Flame”, Twenty-Third Symposium on Combustion, pp.575-582.
16. Kostiuk L. W. and Cheng R. K., 1992, “Premixed Turbulent Combustion in Opposed Streams,” De 92-016996.
17. Bain D. B. and Smith C. E., 1995, “Mixing Analysis of Axially Opposed Rows of Jet Injected into Confined Cross Flow,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 11, No. 5, pp. 885-893.
18. Yokomori T. and Mizomoto M.,2003 “Flame temperature along premixed Flame with a non-uniform streych rate”,Combustion and Flame 135, pp.489-502.
19. Kostiuk L. W. and Shepherd I. G. and Bray K. N. C..,1999 “Experimental Study of Premixed Turbulent Combustion in Opposed Stream.Part Ⅲ-Spatial Structure of Flames” ,Combustion and Flame 118, pp.129-139.
20. 張平,1985,燃燒診斷學,兵器工業出版社。
21. 王魁泹,1991,溫度測量技術,東北工學院出版社。
22. 常弘哲、張永廉、沈際群,1993,燃燒與燃燒,上海交通大學出版社。
23. 陳增源、張嘉新,1993,燃燒室中火燄穩定性之研究, 中國機械工程學會第十屆學術研討會, pp. 425 — 432。
24. 焦鴻文,1997,脈衝式噴流衝擊擴散火焰研究,私立元智工學院機械工程學系碩士論文。
25. 孫泊寧,1997,高負荷燃燒器之設計實作與火焰結構分析,國立清華大學動力機械工程學系碩士論文。
26. 蔡文祥,1998,噴流衝擊擴散火焰研究,私立元智大學機械工程學系碩士論文。
27. 陳相甫,1999,單/多排燃燒器之設計與實作,國立清華大學動力機械工程系碩士論文。
28. 柯旭勛,1999,兩相互作用之預混噴流火焰的加熱效率分析,國立清華大學動力機械工程系碩士論文。
29. 溫明晃,1999,相向噴流衝擊擴散火焰研究,私立元智大學機械工程學系碩士論文。
30. 鄭家俊,2000,胍衝式相向噴流擴散火焰研究,私立元智大學機械工程學系碩士論文。
31. 何達義,2000,相向噴流擴散火焰穿透分析,私立元智大學機械工程學系碩士論文。
32. 吳一君,2003,非同質相向噴流衝擊擴散火焰三維結構之研究,私立元智大學機械工程學系碩士論文。

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top