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研究生:蕭伊帆
研究生(外文):Hsiao,yi fan
論文名稱:氧化鋅還原高溫爐設計與製程最佳化研究
論文名稱(外文):Study of the furnace design and process optimization for ZnO reduction
指導教授:林秋豐
指導教授(外文):Lin, Chiu Feng
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:車輛工程系所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:高溫爐設計氧化鋅還原CFD田口法
外文關鍵詞:Furnace designZinc oxide reductionCFDTaguchi method
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本研究目的在設計氧化鋅還原製程以及所需要的氧化鋅還原高溫爐。其中,氧化鋅還原製程的設計主要參數為高溫爐之溫度、一氧化碳濃度、氣流流量與入口噴吹角度。為了達到此目的,本研究首先利用一管狀高溫爐,以不同溫度與一氧化碳濃度的實驗來得知氧化鋅還原的活化能與反應級數,再將實驗所得之活化能與反應級數參數帶入CFD模擬程式當中,並執行實驗來驗證模擬程式之準確性。最後,本研究利用驗證過之CFD模擬程式以田口實驗之概念來進行槽型高溫爐以及製程參數之設計。由田口法之模擬結果得知,槽型高溫爐之最佳製程溫度為1300℃,並以100%的一氧化碳濃度與1.5L/min之流量噴吹至還原槽內,且在噴吹角度為72.5度時有最佳的氧化鋅消耗率與鋅還原率。
The purpose of this study is to design a furnace process of ZnO reduction,which parameters are temperature, carbon monoxide concentration, air flow rate,inlet injection angle, In order to achieve this purpose, this study used a tube furnace with different temperature and the concentration of carbon monoxide experiments to know the activation energy and reaction stages of the zinc oxide reduction,which are put into CFD simulation programs, and perform experiments to prove the accuracy of the emulator. Finally, using proved in this study of CFD simulation program based on Taguchi experimental concepts for groove type furnace design and process parameters. Simulation results of the Taguchi method was informed that the best process of the groove type furnace temperature of 1300, and 100% in the concentration of carbon monoxide of 1.5L/min flow injection to restore the chute, and injection angle is 72.5 degrees with the best rates of consumption of zinc oxide and zinc reduction rate.
目錄
摘要 I
Abstract II
謝誌 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
符號索引 IX
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2文獻回顧 2
1.2.1碳熱還原之理論基礎 2
1.2.2 聚光型太陽能反應爐還原氧化鋅相關研究之文獻回顧 4
1.2.3田口式品質工程概述以及其相關應用研究 10
第2章 模擬程式之建立與驗證 14
2.1以CO進行氧化鋅還原之實驗 14
2.1.1氧化鋅還原高溫爐之實驗方法 14
2.1.2 實驗設備與流程 15
2.1.3實驗結果 16
2.1.3.1不同加熱溫度對於氧化鋅反應速率之影響 16
2.1.3.2不同CO濃度對於氧化鋅反應速率之影響 18
2.1.3.3氧化鋅活化能與反應級數參數之取得 19
2.2 CFD模擬程式之建立 21
2.2.1 流場基本假設 21
2.2.1.1 Navier-Strokes方程式 22
2.2.1.2 多孔介質模型 22
2.2.1.3 層流速率有限模型 23
2.2.2 幾何外型與邊界條件 24
2.2.3 數值方法 26
2.2.4 收斂標準 26
2.2.5 驗證CFD模擬程式之正確性 26
2.2.5.1 小型高溫爐之內部流場分析 26
2.2.5.2 小型高溫爐之實驗&;模擬比較 32
第3章 槽型高溫爐與製程參數設計 34
3.1 設計直交表 34
3.2 參數設計 35
3.3 控制因素分析 36
3.4 變異數分析(Analysis of Variance,ANOVA) 37
3.5 噴吹角度範圍之選擇 37
3.6 一氧化碳噴吹流量範圍之選擇 39
3.7槽型高溫爐改變參數使用田口法找出最佳化參數 41
3.7.1 田口法模擬分析結果 43
3.7.1.2 氧化鋅消耗率分佈 43
3.7.1.3 鋅氣體莫耳濃度分佈 47
3.7.1.4 一氧化碳氣體莫耳濃度分佈 50
3.7.1.5 二氧化碳氣體莫耳濃度分佈 53
3.8 S/N比對模擬數據影響 57
3.8.1 模擬結果最佳化 60
3.9 槽型高溫爐設計之改良 63
第4章 結論 66
參考文獻 68
作者簡介 71

1.羅文德,2010,鋅燃料電池電化學極化特性之研究,碩士論文,國立台北科技大學,車輛工程研究所,台北,pp.68。
2.Palumbo, R., Lede, J., Boutin, O., Elorza Ricart, E., Steinfeld, A., Möller, S., Weidenkaff, A., Fletcher, E. A., and Bielicki, J., 1998, “The Production of Zn From ZnO in a High-Temperature Solar Decomposition Quench Process—I. The Scientific Framework for the Process,” Chem. Eng. Sci., 53, pp. 2503–2517.
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9.Murray, J. P., Steinfeld, A., and Fletcher, E. A., 1995, “Metals, Nitrides, and Carbides via Solar Carbothermal Reduction of Metals Oxides,” Energy, 20, pp. 695–704.
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22.黎正中,1993,穩健設計之品質工程,台北圖書公司,台北,pp.110-190。
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27.楊嘉豪,2012,機油冷卻器熱傳之數值研究,碩士論文,國立屏東科技大學,車輛工程研究所,屏東。

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