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Please use this identifier to cite or link to this item: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/45840

Title: 新式鈍體提升非預混火焰溫度均勻性及燃燒效率之分析
Authors: 閻順昌
Contributors: 國立臺灣海洋大學:機械與機電工程學系
Keywords: 星芒狀調控器;非預混式燃燒爐;等溫流場;燃燒場
Date: 2016
Issue Date: 2018-04-12T07:20:59Z
Publisher: 科技部
Abstract: 摘要:本計畫書擬議一個系統性的實驗方法,利用星芒狀鈍體調控機制,進行被動式控制非預混式燃燒 爐的燃燒效能提升之研究。申請人基於先前對於非預混式燃燒爐的冷流、燃燒效率的多種鈍體被動控 制、聲波激擾主動控制等方式的研究與實務經驗。發現紊流擾動、及適量的旋流效果能產生可加速燃 料與空氣混合,進而增加燃燒能力。但亦發現三個弱點,第一為非預混式燃燒爐燃燒時,當冷的燃料 氣體是以大量快速注入燃燒場時,燃料氣體滯留時間短,燃料氣體和空氣沒有足夠時間完成化學反 應,致使火焰上飄離噴口,產生火焰的不穩定性。第二為燃料噴流與鈍體機構間會產生停滯鞍點 (stagnation-saddle point)的流場,對燃料與空氣的混合與燃燒有相當的影響。第三為當旋流機制過大 時,熱的火焰燃氣與周圍的冷空氣快速混合,旋渦火焰卻也因此容易造成燃燒反應中斷,而衍生大量 的CO 產生,這是旋渦火焰的一大問題;這缺點起因是燃燒時冷的空氣與熱的火焰,因溫度場的不均 勻性所衍生的影響。因此本計畫將嘗試,如能以「技術發展」層面的觀點,發展星芒狀調控機構,裝 置在傳統的燃燒爐的出口處。將預混式燃燒爐因燃料與空氣滯留時間短所產生的火焰不穩定性、燃料 噴流對鈍體停滯鞍點的影響、旋流機制過大時冷熱氣體易造成燃燒反應中斷等,溫度場不均勻性影響 因素最小化。預期達到以星芒狀鈍體機構,快速、經濟的增進燃燒效率及降低碳氫化合物污染,其結 果在能源節約與環境污染上有極高的價值與應用性。實際例子如:工業用燃燒器、燃汽渦輪機、或民生 用瓦斯爐、熱水器等都是有如此需求。 有鑑於此,在此專題研究計畫中;第一年: 等溫流場,以星芒狀調控器的機構置於中心燃料噴嘴 (central fuel jet)出口處,及受膛線化噴嘴所導引的環空氣噴流(annular air jet)的旋流條件下,進行冷流 場的調制噴流研究。鈍體機構設計包含:不同星芒型(三芒、六芒、圓型)鈍體,搭配中心內切圓與燃料 噴嘴直徑比(d/Dc)、與長度比(H/Dc)的錐狀體;嘗試在不同的幾何配置與中心燃料噴流、環空氣噴流條 件下,調制非預混式燃燒爐燃燒的流場特性。過程中將以煙線流場可視化技術、LDV 量測系統、拓樸 理論的分析應用、熱線風速儀、追蹤氣體濃度量測等交互應用。探討受鈍體控制下,冷流場流動行為、 鈍體控制幾何配置選取、速度特性、紊動特性、平均與動態特性、非穩態流動以及混合效果等。煙線 流場可視化技術將用來觀測低雷諾數下巨觀的流體行為;LDV 系統以量化的量測流場的平均速度場特 性,瞭解流場的結構、與紊流性質;運用臨界點理論之拓樸學的分析,確定複雜的流場結構模態;熱 線風速儀將用以偵測旋渦尾流與剪流層中的頻率特性及高低頻之間的相關聯;利用濃度量測儀擷取 CO2 的濃度值,經由追蹤CO2 的濃度分佈瞭解混合的效果。 第二年: 燃燒場,繼而將第一年星芒狀控制器在冷流場的研究結果,應用於非預混式燃燒爐中。 藉由拍照攝影、Schlieren 光學技術、PIV 量測系統、熱電偶溫度量測、及燃燒氣體濃度分析等實驗方 法,研究星芒狀控制器調制非預混燃燒爐時的火焰行為、火焰長度、燃燒場的速度、溫度分佈、燃燒 特性與氣體濃度分析等變化。拍照攝影觀察火焰形狀的目的,可由火焰外觀判讀空燃比之間增減對火 焰行為的影響。Schlieren 光學技術可擷取噴嘴出口附近流場的密度在空間中一次微分的影像,可 清楚觀看噴嘴出口下游凝聚性旋渦尾流結構的輪廓。PIV 系統藉由光學濾鏡的輔助將火焰光譜濾 掉,可量化的量測時間相關的火焰非穩態流場之演化過程,以及與渦旋逸放之交互作用。以熱電偶探 針進行溫度的量測,得到燃燒場的溫度分佈,並計算燃燒放率,用以判斷火焰模態對燃燒的效應。氣 體濃度分析可測的燃燒後氣體的組成包含一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物與氮氧化物,用以瞭解改 善燃燒是否完全。
URI: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/45840
Appears in Collections:[機械與機電工程學系] 研究計畫

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