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研究生:徐可能
研究生(外文):Ke-Neng Shu
論文名稱:衝擊角度對衝擊噴流脈衝火焰之研究
論文名稱(外文):A Study on Impinging Angle Effect on Jet-to-Jet Impinging Pulsation 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:機械工程研究所
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:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:120
中文關鍵詞:脈衝擴散火焰
外文關鍵詞:pulsatingdiffusion flame
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本實驗主要在研究不同衝擊角度條件下,衝擊噴流脈衝火焰之燃燒溫度場變化。本實驗將電磁閥成一直線的排列方式裝設於直管噴嘴上游的位置,利用 2 Hz 到 17 Hz之間的開閉週期,控制甲烷燃料及出口流場條件,並藉由改變衝擊角度、燃料出口雷諾數與燃料供應脈衝頻率等參數,來探討相向噴流擴散火焰之溫度場變化。實驗結果顯示:經由電磁閥做為衝擊噴流火焰源頭,提供規律性擾動源,增加氣流紊流強度,獲得較佳之火焰穩定性;頻率約13Hz~15Hz間的火焰高度皆較無脈衝頻率時為低,且衝擊角度為54度有較明顯的矮化現象,可改善燃燒的設計長度;由平面溫度場的觀察,當改由電磁閥做為燃料供應的源頭,因頻率間斷吸入較多的空氣量,火焰內部參與反應的燃氣分子數量增加,而使燃氣燃燒較完全,火焰溫度場在操作頻率約13Hz時會得到較佳的燃燒效果;整體而言,最佳的操作頻率約為13Hz,且頻率在10Hz以下,會產生不連續燃燒結果,增加火焰不穩性。

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 and the outlet-field condition were controlled in open-closed cycles from 2 Hz to 17 Hz. By changing some parameters such as impinging angle, outlet fuel Renault Number and fuel supplying pulsation frequencies, to confer the changing of the temperature contours of a impinging jet diffusion flame. Results show that a solenoid which is the impinging jet flame source supplying a regular disturbing fountainhead to increase the turbulence flow strength can get better flame stability; the flame length between 13 Hz to 15 Hz was lower than that without pulsating, and the impinging angle at 54 degree with more obviously shorting phenomenon can improve the designed length of the burning room; observing temperature contour plane, a solenoid as a fuel supplying source can burn the fuel more completely because the reacting fuel molecules in the flame increase as a result of sucking more air by interrupted frequency. We can get a better burning efficiency when the operating frequency at about 13 Hz in flame temperature contours. Results show that the best operating frequency is at about 13 Hz, and if the frequency were below 10 Hz, it would result an uncontinuous burning and decrease the stability of the flame.

目 錄
頁次
中文摘要i
英文摘要ii
誌 謝iii
目 錄iv
圖目錄vi
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12
3-1實驗主題12
3-2主要控制參數說明12
3-3主題說明14
3-3-1研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰溫度分布差異14
3-3-2研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰穩定性差異14
3-3-3研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰結構之差異15
3-4實驗儀器15
3-4-1 溫度量測系統16
3-4-2 流場和火焰拍攝設備16
3-4-3 三維移動平台17
3-4-4 精密平移台17
3-4-5 數位式氣體流量計18
3-4-6 電磁閥控制設備18
3-4-7 電磁閥18
四、實驗方法19
4-1 燃料壓力管之安排19
4-2 噴嘴架設19
4-3研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰溫度分布差異實驗進行方法20
4-3-1 火焰溫度量測20
4-3-2 火焰溫度差異比較20
4-4研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰穩定性差異實驗進行方法20
4-5研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰結構之差異實驗進行方法21
五、結果與討論22
5-1研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰溫度分布差異22
5-1-1衝擊點溫度差異之比較22
5-1-1-1衝擊角度為54之衝擊點溫度22
5-1-1-2衝擊角度為72.5和90之衝擊點溫度23
5-1-1-3改變衝擊角度之衝擊點溫度23
5-1-2中心溫度差異之比較23
5-1-2-1固定衝擊角度為54度中心線溫度24
5-1-2-2固定衝擊角度為90度中心線溫度26
5-1-2-3改變衝擊角度之中心線溫度比較26
5-1-3平面溫度差異比較27
5-1-3-1不同衝擊角度之X-Y平面火焰溫度分佈27
5-1-3-2改變衝擊角度之Y-Z平面火焰溫度分佈29
5-2研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰穩定性差異29
5-3研究不同衝擊角度之衝擊噴流脈衝火焰結構之差異31
5-3-1不同衝擊角度之X-Y平面衝擊噴流脈衝火焰結構圖32
5-3-1-1衝擊角度為54度之X-Y平面衝擊噴流脈衝火焰結構圖32
5-3-1-2衝擊角度為90度之X-Y平面衝擊噴流脈衝火焰結構圖34
5-3-2不同衝擊角度之Y-Z平面衝擊噴流脈衝火焰結構圖35
六、結論37
七、參考資料39
圖目錄
圖1、相向噴流擴散火焰結構圖42
圖2、實驗系統配置圖43
圖3、溫度量測系統配置示意圖44
圖4、噴嘴燃燒器44
圖5、衝擊角度為54,不同雷諾數,改變燃料供應頻率之衝擊點溫度45
圖6、衝擊角度為72.5,不同雷諾數,改變燃料供應頻率之衝擊點溫度46
圖7、衝擊角度為90,不同雷諾數,改變燃料供應頻率之衝擊點溫度47
圖8、雷諾數97,不同衝擊角度,改變燃料供應頻率之衝擊點溫度48
圖9、雷諾數129,不同衝擊角度,改變燃料供應頻率之衝擊點溫度49
圖10、雷諾數161,不同衝擊角度,改變燃料供應頻率之衝擊點溫度50
圖11、RE=129,不同衝擊角度,操作頻率分別為無脈衝、16Hz、13Hz、10Hz和7Hz之中心溫度51
圖12、衝擊角度54,RE=97,不同操作頻率之中心溫度52
圖13、衝擊角度54,RE=97,不同操作頻率之兩種中心溫度趨勢圖53
圖14、衝擊角度54,RE=129,不同操作頻率之中心溫度54
圖15、衝擊角度54,RE=129,不同操作頻率之兩種中心溫度趨勢圖55
圖16、衝擊角度54,RE=161,不同操作頻率之中心溫度56
圖17、衝擊角度54,RE=161,不同操作頻率之兩種中心溫度趨勢圖57
圖18、衝擊角度90,RE=97,不同操作頻率之中心溫度58
圖19、衝擊角度90,RE=97,不同操作頻率之兩種中心溫度趨勢圖59
圖20、衝擊角度90,RE=129,不同操作頻率之中心溫度60
圖21、衝擊角度90,RE=129,不同操作頻率之兩種中心溫度趨勢圖61
圖22、衝擊角度54,RE=161,不同操作頻率之中心溫度62
圖23、衝擊角度90,RE=161,不同操作頻率之兩種中心溫度趨勢圖63
圖24、雷諾數97,不同衝擊角度,無脈衝至操作頻率13Hz中心線溫度比較圖64
圖25、雷諾數97,不同衝擊角度,操作頻率13Hz至7Hz中心線溫度比較圖65
圖26、雷諾數129,不同衝擊角度,無脈衝至操作頻率13Hz中心線溫度比較圖66
圖27、雷諾數129,不同衝擊角度,操作頻率13Hz至7Hz中心線溫度比較圖67
圖28、雷諾數161,不同衝擊角度,無脈衝至操作頻率13Hz中心線溫度比較圖68
圖29、雷諾數161,不同衝擊角度,操作頻率13Hz至7Hz中心線溫度比較圖69
圖30、無脈衝,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之X-Y平面溫度分佈圖70
圖31、操作頻率16HZ,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之X-Y平面溫度分佈圖71
圖32、操作頻率13HZ,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之X-Y平面溫度分佈圖72
圖33、操作頻率13HZ,RE=129,衝擊角度為72.5中心剖面之X-Y平面溫度分佈圖73
圖34、操作頻率10HZ,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之X-Y平面溫度分佈圖74
圖35、操作頻率7HZ,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之X-Y平面溫度分佈圖75
圖36、無脈衝,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之Y-Z平面溫度分佈圖76
圖37、操作頻率16HZ,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之Y-Z平面溫度分佈圖77
圖38、操作頻率13HZ,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之Y-Z平面溫度分佈圖78
圖39、操作頻率13HZ,RE=129,衝擊角度為72.5中心剖面之Y-Z平面溫度分佈圖79
圖40、操作頻率10HZ,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之Y-Z平面溫度分佈圖80
圖41、操作頻率7HZ,RE=129,不同衝擊角度中心剖面之Y-Z平面溫度分佈圖81
圖42、衝擊角度54度、RE=129、無脈衝狀況下之連續火焰圖82
圖43、衝擊角度54度、RE=129、操作頻率16HZ狀況下之連續火焰圖83
圖44、衝擊角度54度、RE=129、操作頻率13HZ狀況下之連續火焰圖84
圖45、衝擊角度54度、RE=129、操作頻率10HZ狀況下之連續火焰圖85
圖46、衝擊角度54度、RE=129、操作頻率7HZ狀況下之連續火焰圖86
圖47、衝擊角度90度、RE=129、無脈衝狀況下之連續火焰圖87
圖48、衝擊角度90度、RE=129、操作頻率16HZ狀況下之連續火焰圖88
圖49、衝擊角度90度、RE=129、操作頻率13HZ狀況下之連續火焰圖89
圖50、衝擊角度90度、RE=129、操作頻率10HZ狀況下之連續火焰圖90
圖51、衝擊角度90度、RE=129、操作頻率7HZ狀況下之連續火焰圖91
圖52、衝擊角度為54度及90,無脈衝頻率狀況下每秒取500個溫度數據之週期圖92
圖53、衝擊角度為54度及90,操作頻率為16HZ 狀況下每秒取500個溫度數據之週期圖93
圖54、衝擊角度為54度及90,操作頻率為13HZ 狀況下每秒取500個溫度數據之週期圖94
圖55、衝擊角度為54度及90,操作頻率為10HZ 狀況下每秒取500個溫度數據之週期圖95
圖56、衝擊角度為54度及90,操作頻率為7HZ 狀況下每秒取500個溫度數據之週期圖96
圖57、衝擊角度為54度,出口雷諾數為97,操作頻率為無脈衝至13HZ之X-Y平面火焰結構圖97
圖58、衝擊角度為54度,出口雷諾數為97,操作頻率為12HZ至7HZ之X-Y平面火焰結構圖98
圖59、衝擊角度為54度,出口雷諾數為129,操作頻率為無脈衝至13HZ之X-Y平面火焰結構圖99
圖60、衝擊角度為54度,出口雷諾數為129,操作頻率為12HZ至7HZ之X-Y平面火焰結構圖100
圖61、衝擊角度為54度,出口雷諾數為161,操作頻率為無脈衝至13HZ之X-Y平面火焰結構圖101
圖62、衝擊角度為54度,出口雷諾數為161,操作頻率為12HZ至7HZ之X-Y平面火焰結構圖102
圖63、衝擊角度為90度,出口雷諾數為97,操作頻率為無脈衝至13HZ之X-Y平面火焰結構圖103
圖64、衝擊角度為90度,出口雷諾數為97,操作頻率為12HZ至7HZ之X-Y平面火焰結構圖104
圖65、衝擊角度為90度,出口雷諾數為129,操作頻率為無脈衝至13HZ之X-Y平面火焰結構圖105
圖66、衝擊角度為90度,出口雷諾數為129,操作頻率為12HZ至7HZ之X-Y平面火焰結構圖106
圖67、衝擊角度為90度,出口雷諾數為161,操作頻率為無脈衝至13HZ之X-Y平面火焰結構圖107
圖68、衝擊角度為90度,出口雷諾數為161,操作頻率為12HZ至7HZ之X-Y平面火焰結構圖108
圖69、衝擊角度為54度,出口雷諾數為97,操作頻率為無脈衝至13HZ之Y-Z平面火焰結構圖109
圖70、衝擊角度為54度,出口雷諾數為97,操作頻率為12HZ至7HZ之Y-Z平面火焰結構圖110
圖71、衝擊角度為54度,出口雷諾數為129,操作頻率為無脈衝至13HZ之Y-Z平面火焰結構圖111
圖72、衝擊角度為54度,出口雷諾數為129,操作頻率為12HZ至7HZ之Y-Z平面火焰結構圖112
圖73、衝擊角度為54度,出口雷諾數為161,操作頻率為無脈衝至13HZ之Y-Z平面火焰結構圖113
圖74、衝擊角度為54度,出口雷諾數為161,操作頻率為12HZ至7HZ之Y-Z平面火焰結構圖114
圖75、衝擊角度為90度,出口雷諾數為97,操作頻率為無脈衝至13HZ之Y-Z平面火焰結構圖115
圖76、衝擊角度為90度,出口雷諾數為97,操作頻率為12HZ至7HZ之Y-Z平面火焰結構圖116
圖77、衝擊角度為90度,出口雷諾數為129,操作頻率為無脈衝至13HZ之Y-Z平面火焰結構圖117
圖78、衝擊角度為90度,出口雷諾數為129,操作頻率為12HZ至7HZ之Y-Z平面火焰結構圖118
圖79、衝擊角度為90度,出口雷諾數為161,操作頻率為無脈衝至13HZ之Y-Z平面火焰結構圖119
圖80、衝擊角度為54度,出口雷諾數為161,操作頻率為12HZ至7HZ之X-Y平面火焰結構圖120

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