臺灣博碩士論文加值系統

本實驗主要在研究脈衝式相向噴流擴散火焰燃燒結構，藉由控制燃料流速和燃料供應脈衝頻率來觀察脈衝式相向噴流擴散火焰之結構變化。本實驗是將電磁閥裝設於噴嘴上游的位置、並成一直線的排列方式裝設，並以從 2 Hz 到 17 Hz之間的開閉週期來控制甲烷燃料。開閉循環所導致的結果顯示明顯地的增加了甲烷燃料的波動。 因此脈衝相向噴流擴散火焰的發展得比連續的相向噴流擴散火焰更為快速，火焰也因此而矮化了。 由Re = 97至Re = 161之間的最有效的脈動頻率在 9 到 11 Hz附近。 在最有效的脈動頻率和全開條件(沒有脈衝)之下其噴流衝擊面中心線溫度差別範圍是從 100 到 150 度。脈衝影響對於低 Reynolds 數狀態下的擴散火焰燃燒更為重要。當燃料雷諾數為129時，相向噴流擴散火焰的焰尖在撞擊點上面的Y/Din=23處明顯地穿過。由於脈衝相向噴流擴散火焰的現象，所以不可能在所量測到的平均溫度等溫線圖中清楚地確定焰面或者焰尖。當雷諾數為129、燃氣脈衝頻率為11Hz時，結果顯示脈衝火相向噴流擴散火焰的平均溫度輪廓線末端出現在以撞擊點上面的 Y/Din=21 處。根據觀察和實驗, 脈衝相向噴流擴散火焰表現的比相向噴流擴散火焰來的更為穩定和有效率。

Experimental investigations on the pulsating jet-impinging diffusion flame were executed. A solenoid valve was aligned upstream of the jet orifice and the methane fuel was controlled in open-closed cycles from 2 Hz to 17 Hz. Results show that the open-closed cycles indeed increase the fluctuations of the methane fuel obviously. The evolutions of pulsating flame therefore develop faster than the continuous impinging flame. The optimized pulsating frequencies are near 9 to 11 Hz from the Re = 97 to 161. The temperature differences between that under optimized pulsating rate and full open condition (no pulsation) are ranging from 100 to 150 degree. The pulsating effect is more significant at low Reynolds number. When Re=129, the tip of the impinging flame obviously crosses at Y/Din=23 above the impinging point. Because of the phenomenon of pulsation flame, the flame sheet or flame front may not be identified clearly in the averaged temperature contours. When Re=129, 11 Hz. Results show that the averaged end-contour of pulsation flame rears at Y/Din=21 above the impinging point. By observation and experiment, the pulsating flame behaves more stable and efficient than the continuous impinging flame.

中文摘要……………………………………………………………………i
英文摘要……………………………………………………………………ii
誌謝…………………………………………………………………………iii
目錄…………………………………………………………………………iv
圖目錄………………………………………………………………………vii
一、 前言……………………………………………………………………1
1-1 簡介.…………………………………………………………………1
1-2 應用與實驗目的.……………………………………………………4
二、 文獻探討………………………………………………………………6
三、 實驗設計………………………………………………………………11
3-1 實驗主題.……………………………………………………………11
3-2 主要控制參數說明.…………………………………………………11
3-3 主題說明.……………………………………………………………12
3-3-1 研究脈衝相向噴流擴散火焰之結構.…………………………13
3-3-2 比較相向噴流擴散火焰與脈衝相向噴流擴散火焰之燃燒場
溫度差異.………………………………………………………13
3-3-3比較相向噴流擴散火焰與脈衝相向噴流擴散火焰之穩定性
差異及脈衝相向噴流擴散火焰最低穩定操作頻率 …………14
3-4 實驗儀器.……………………………………………………………15
3-4-1 溫度量測系統.…………………………………………………15
3-4-2 量測和資料收集設備.…………………………………………15
3-4-3 流場和火焰拍攝設備.…………………………………………16
3-4-4 光學設備.………………………………………………………16
3-4-5 三維移動平台.…………………………………………………17
3-4-6 精密平移台.……………………………………………………17
3-4-7 數位式氣體流量計.……………………………………………18
3-4-8 電磁閥控制設備.………………………………………………18
3-4-9 電磁閥.…………………………………………………………18
四、 實驗方法………………………………………………………………19
4-1 脈衝式相向噴流擴散火焰結構觀察實驗進行方法.………………19
4-1-1 燃料壓力管之安排.……………………………………………19
4-1-2 噴嘴架設.………………………………………………………19
4-1-3 火焰結構之影像拍攝.…………………………………………20
4-1-4 Schlieren流場觀察法分析火焰結構…………………………20
4-2 相向噴流擴散火焰與脈衝相向噴流擴散火焰之燃燒場溫度
分布差異實驗進行方法.……………………………………………20
4-2-1 火焰溫度量測.…………………………………………………20
4-2-2 燃燒場溫度差異比較.…………………………………………21
4-3 比較脈衝相向噴流擴散火焰與相向噴流擴散火焰之火焰穩定性
及脈衝相向噴流擴散火焰最低穩定操作頻率實驗進行方法.……21
五、 結果與討論……………………………………………………………23
5-1 脈衝式相向噴流擴散火焰結構討論.………………………………23
5-1-1 火焰場之高度寬度討論.………………………………………23
1. 燃氣雷諾數為Re = 97時，不同脈衝頻率對火焰在YX平面
與YZ平面相位之高度、寬度所造成的影響……………………23
2. 燃氣雷諾數為Re = 129時，不同脈衝頻率對火焰在YX平面
與YZ平面相位之高度、寬度所造成的影響……………………24
3. 燃氣雷諾數為Re = 161時，不同脈衝頻率對火焰在YX平面
與YZ平面相位之高度、寬度所造成的影響……………………25
5-1-2 Schlieren流場觀察法分析火焰結構…………………………26
5-1-3 段落討論.………………………………………………………26
5-2比較相向噴流擴散火焰與脈衝相向噴流擴散火焰之燃燒場
溫度分布差異 .………………………………………………………27
5-2-1 噴流衝擊點溫度比較.…………………………………………27
5-2-2 噴流衝擊面中心線火焰溫度比較.……………………………28
5-2-3 相向噴流擴散火焰與脈衝相向噴流擴散火焰之燃燒場
溫度分布差異.…………………………………………………29
1. 連續供應燃氣之相向噴流擴散火焰與有脈衝供應燃氣之相向
噴流擴散火焰之間、對YX平面及YZ平面燃燒場溫度分布的差
異…………………………………………………………………29
2. 連續供應燃氣之相向噴流擴散火焰在不同燃氣雷諾數狀況
下、對YX平面及YZ平面燃燒場溫度分布的差異………………30
5-3 比較脈衝相向噴流擴散火焰與相向噴流擴散火焰之火焰穩定性
及脈衝相向噴流擴散火焰最低穩定操作頻率.……………………31
5-3-1 比較相向噴流擴散火焰與脈衝式相向噴流擴散火焰之火焰
穩定性差異.……………………………………………………31
5-3-2 脈衝相向噴流擴散火焰的最低操作頻率.……………………32
六、 結論與未來展望………………………………………………………33
6-1 結論.…………………………………………………………………33
6-2 未來展望.……………………………………………………………34
七、參考資料.………………………………………………………………35

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