王興華臺灣大學：機械工程學研究所蔡承豐Tsai, Cheng-FengCheng-FengTsai2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61589本實驗主要以Ink-Jet printing method產生穩定的雙自由液滴，經碰撞形成多組份液滴後，進入高溫燃燒爐，觀察其各燃燒性質：點火延遲、燃燒時間、燃燒速率、火焰縮口、以及微爆現象。實驗中第一部分以高級柴油、生質柴油與不可燃性液體Water（H2O）為主，在不同的比例、氧氣濃度下，觀察其燃燒與微爆現象，第二部份則將生質柴油和甲醇、乙醇，也是在不同比例、氧氣濃度下，觀察其預混與碰撞的差異。 實驗結果發現，水與生質柴油撞擊燃燒後會有水滴微爆與熄滅兩種情況，微爆出現機率與水的體積大小成反比，且有火焰縮口的現象發生。甲醇、乙醇與生質柴油撞擊、燃燒、微爆的穩定度優於柴油。Experiment applies Ink-Jet Printing method to generate dual free droplet streams and collided along their path as they fall. Then the collided droplets will fall into the combustion chamber. We can observe the characteristics of combustion : ignition delay、burning time、burning rate、flame shrinking and micro-explosion. We use diesel fuel, bio-diesel, and water in the first part of this experiment. In different droplet size, oxygen volume fraction observe the characteristics of combustion and micro-explosion. Use bio-diesel and methanol, ethanol in the second part. Then we can observe the characteristics of premixture and collision. According to the experiment results, the combustion states of water and bio-diesel are water droplet micro-explosion and extinction. The probability of the occurrence of micro-explosion will increase when the water droplet size decrease. Then find flame shrinking in this experiment. The methanol, ethanol and bio-diesel collision、combustion、micro-explosion stability better than diesel.目 錄 口試委員會審定書…………………………………………………………….........I 誌謝……………………………………………………………………..II 中文摘要……………………………………………………………….....III 英文摘要……………………………………………………………………..IV 第一章 緒 論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 2 液滴碰撞部分 2 燃燒部分 4 1-3 研究動機與目的 8 第二章 理論基礎 9 2-1 液滴碰撞的基本理論 9 2-2 液滴燃燒的基本理論 12 2-2.1 點火延遲 12 2-2.2液滴微爆及多組份液滴成核理論 12 2-2.3 火焰縮口 13 2-2.4 d2-Law 14 2-3文獻探討 14 2-3.1 生質柴油 14 2-3.2 生質柴油的原料及製造 15 2-3.3 生質柴油的特性 16 2-3.4 世界生質柴油的生產與發展 17 第三章 實驗設備與方法 19 3-1 液滴實驗方法 19 3-2 實驗及觀測設備 20 3-2.1液滴產生器及碰撞機構 20 3-2.2 高溫環境設備 22 3-2.3 觀測設備 24 3-2.4 影像處理系統 24 3-3 實驗步驟及資料處理方法 25 3-3.1 實驗步驟 25 3-3.2 實驗資料處理方法 27 3-4 實驗環境分析與校正 28 3-4.1 燃燒環境分析 28 3-4.2 實驗儀器校正 30 第四章 結果與討論： 33 4-1 水(H2O)與柴油(Diesel)之撞擊、燃燒現象觀察 33 燃燒現象觀察 33 火焰顏色 33 點火延遲 & 燃燒時間 33 燃燒速率 34 微爆&熄滅現象 35 4-2水(H2O)與生質柴油(Bio-diesel)之撞擊、燃燒現象觀察 36 碰撞情形觀察 36 燃燒現象觀察 37 火焰顏色 37 點火延遲 & 燃燒時間 37 燃燒速率 37 微爆&熄滅現象 38 火焰縮口 39 4-3 甲醇(Methanol)與生質柴油之撞擊、燃燒現象觀察 39 碰撞情形觀察 39 燃燒現象觀察 39 火焰顏色 39 點火延遲 & 燃燒時間 40 燃燒速率 40 微爆&熄滅現象 41 預混燃燒 41 4-4乙醇(Ethanol)與生質柴油之撞擊、燃燒現象觀察 42 碰撞情形觀察 42 燃燒現象觀察 42 火焰顏色 42 點火延遲 & 燃燒時間 43 燃燒速率 43 微爆&熄滅現象 43 預混燃燒 44 第五章 結論 45 參考文獻 46 圖 表 目 錄 圖1-1 一般噴霧流場的三個特性區域 48 圖2-1水滴在一大氣壓下碰撞模式與其對應偉伯數及碰撞參數關係 49 圖2-2碳氫油滴在一大氣壓下碰撞模式與其對應偉伯數及碰撞參數關係 49 圖3-1.a實驗設備示意圖 32 圖3-1.b實驗配置實景照片 51 圖3-2氣體燃燒爐實體照片與示意圖 52 圖3-3爐內通道中央溫度分布圖 53 圖3-4液滴產生器之示意圖 54 圖3-5電子控制箱面板照片 54 圖3-6閃頻儀延遲電路刻度校正圖 55 圖3-7 CCD Camera及顯微鏡頭組合圖 56 圖3-8 影像處裡系統示意圖 56 圖3-9液滴撞擊機構 57 圖3-10 流量計 58 圖3-11濕式流量計 58 圖4-1.a尺寸0.320mm、不同結合比例之柴油與水滴碰撞燃燒火焰照片 59 圖4-1.b增加氧濃度、不同結合比例之柴油與水滴碰撞燃燒火焰照片 60 圖4-2.a柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之點火延遲 61 圖4-2.b柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之燃燒時間 61 圖4-2.c柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之平均燃燒速率 62 圖4-2.d柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之整體平均燃燒速率 62 圖4-2.e柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之整體平均有效燃燒速率 63 圖4-2.f柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之平均微爆次數 63 圖4-3柴油與水在結合尺寸0.320mm、柴油比例80%下之火焰圖與火焰末端水滴霧化微爆圖 64 圖4-4.a生質柴油與水滴碰撞時序圖 65 圖4-4.b生質柴油與水滴碰撞時序圖 66 圖4-5.a尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與水滴碰撞燃燒火焰照片 67 圖4-5.b增加氧濃度、不同結合比例之生質柴油與水滴碰撞燃燒火焰照片 68 圖4-6.a生質柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之點火延遲 69 圖4-6.b生質柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之燃燒時間 69 圖4-6.c生質柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之平均燃燒速率 70 圖4-6.d生質柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之整體平均燃燒速率 70 圖4-6.e生質柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之整體平均有效燃燒速率 71 圖4-7. 生質柴油80%與水20%之液滴微爆圖 72 圖4-8. 尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與水滴碰撞燃燒火焰縮口照片 73 圖4-9. 生質柴油80%與水20%之火焰縮口液滴放大圖 74 圖4-10.a生質柴油與甲醇碰撞時序圖 75 圖4-10.b生質柴油與甲醇碰撞時序圖 76 圖4-11.a尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與甲醇碰撞燃燒火焰照片 77 圖4-11.b 增加氧濃度、不同結合比例之生質柴油與甲醇碰撞燃燒火焰照片 78 圖4-12.a生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之點火延遲 79 圖4-12.b生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之燃燒時間 79 圖4-12.c生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之平均燃燒速率 80 圖4-12.d生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之整體平均燃燒速率 80 圖4-12.e生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之整體平均有效燃燒速率 81 圖4-12f生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之微爆或熄滅尺寸81 圖4-13. 生質柴油與甲醇的液滴微爆比較圖 82 圖4-14. 尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與甲醇預混燃燒火焰照片 83 圖4-15.a生質柴油與乙醇碰撞時序圖 84 圖4-15.b生質柴油與乙醇碰撞時序圖 85 圖4-16.a尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與乙醇碰撞燃燒火焰照片 86 圖4-16.b增加氧濃度、不同結合比例之生質柴油與乙醇碰撞燃燒火焰照片 87 圖4-17.a生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之點火延遲 88 圖4-17.b生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之燃燒時間 88 圖4-17.c生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之平均燃燒速率 89 圖4-17.d生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之整體平均燃燒速率 89 圖4-17.e生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之整體平均有效燃燒速率 90 圖4-18. 生質柴油與乙醇的液滴微爆比較圖 91 圖4-19. 尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與乙醇預混燃燒火焰照片 92 表(一) 物理性質表(1 atm) 93 表(二) 生質柴油與高級柴油的性質 94 附 錄 附錄一 計算絕熱火燄溫度 95 附錄二 氣體成分量測結果 97 附錄三 浮子式流量計量流量校正圖 983134078 bytesapplication/pdfen-US液滴碰撞燃燒微爆生質柴油dropletcollisioncombustionmicro-explosionBio-dieselthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61589/1/ntu-96-R94522315-1.pdf