王興華臺灣大學:機械工程學研究所張仁和Chang, Ren-HeRen-HeChang2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-2307200820303000http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187084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，觀察液滴在撞擊後之燃燒性質:點火延遲、燃燒時間、火焰縮口、微爆現象以及燃燒速率。實驗中第一部分以水、甲醇、乙醇分別和生質柴油與柴油碰撞燃燒，使用不同的燃油體積比例和氧氣濃度，觀察其燃燒現象，第二部份則將大豆油、橄欖油以及石蠟烷油分別和生質柴油和柴油預混燃燒，來探討其替代能源之可能性。驗結果發現，水分別和生質柴油與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。甲醇、乙醇、水和生質柴油碰撞後燃燒皆有發現縮口之現象。生質柴油與柴油中加入大豆油和橄欖油都增加了其燃燒時間。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 freely. Then We can observe the characteristics of combustion including ignition delay, burning time, flame shrinkage, explosion and burning rate. In the first part of experiment, We use water, methanol, and ethanol to collide with bio-diesel and diesel respectively, and use different droplet volume fraction, oxygen volume fraction to observe the characteristics of combustion. In the second part, we use salad oil, olive oil, and paraffin oil to mix with bio-diesel and diesel respectively then observe the characteristics of premixture and discuss the feasibility of alternative energy.he experiment reveals that the states of water and bio-diesel are droplet micro-explosion and droplet extinction. The probability of the occurrence of micro-explosion will increase with decreasing the water droplet size. We can find the burning characteristics when methanol, ethanol, water collide with bio-diesel respectively is flame shrinkage. We find the burning time increase when we use salad oil, olive oil, and paraffin oil to mix with bio-diesel and diesel.中文摘要 Ibstract II錄…………………………………………………………………………………….Ⅲ表目錄…………………………………………………………………………...…..Ⅵ錄……………………………………………………………………………...……..Ⅸ一章 緒論 1-1 前言 1-2 文獻回顧 2-2.1液滴碰撞部份 2-2.2燃燒部份 3-3 研究動機與目的 5二章 理論基礎 7-1 液滴碰撞的基本理論 7-2 液滴燃燒的基本理論 9-2.1 d2-Law 9-2.2 液滴微爆及多組份液滴成核理論 9-2.3 點火延遲 10-2.4 火焰縮口 10-3 文獻探討 11-3.1 世界生質柴油的生產與發展 11-3.2 生質柴油 11-3.3 生質柴油的特性 12三章 實驗設備與方法 14-1 液滴實驗方法 14-2 實驗及觀測設備 15-2.1 液滴產生器及碰撞機構 15-2.2 高溫環境設備 16-2.3 觀測設備 17-2.4 影像處理系統 18-3 實驗步驟及資料處理方法 18-3.1 實驗步驟 18-3.2 實驗資料處理方法 20-4 實驗環境分析與校正 20-4.1 燃燒環境分析 20-4.2 實驗儀器校正 23四章 結果與討論 25-1 水(H2O)與柴油(Diesel)之撞擊、燃燒現象觀察 25-1-1碰撞情形觀察 25-1-2燃燒現象觀察 25-1-2.1火焰顏色 25-1-2.2點火延遲 & 燃燒時間 25-1-2.3燃燒速率 26-1-2.4微爆 & 熄滅現象 26-2 甲醇（Methanol）與柴油之撞擊、燃燒現象觀察 27-2-1碰撞情形觀察 27-2-2燃燒現象觀察 27-2-2.1火焰顏色 27-2-2.3點火延遲 & 燃燒時間 28-2-2.4燃燒速率 28-2-2.5微爆現象 28-3 乙醇(Ethanol)與柴油之撞擊、燃燒現象觀察 28-3-1碰撞情形觀察 28-3-2燃燒現象觀察 29-3-2.1火焰顏色 29-3-2.2點火延遲 & 燃燒時間 29-3-2.3燃燒速率 29-3-2.4微爆現象 29-4 水(H2O)與生質柴油(Bio-Diesel)之撞擊、燃燒現象觀察 30-4-1碰撞情形觀察 30-4-2燃燒現象觀察 30-4-2.1火焰顏色 30-4-2.2點火延遲 & 燃燒時間 30-4-2.3燃燒速率 30-4-2.4微爆 & 熄滅現象 31-4-2.5火焰縮口 31-5 甲醇(Methanol)與生質柴油之撞擊、燃燒現象觀察 32-5-1碰撞情形觀察 32-5-2燃燒現象觀察 32-5-2.1火焰顏色 32-5-2.2點火延遲 & 燃燒時間 32-5-2.3燃燒速率 32-5-2.4微爆 & 熄滅現象 33-5-2.5火焰縮口 33-6 乙醇(Ethanol)與生質柴油之撞擊、燃燒現象觀察 33-6-1碰撞情形觀察 33-6-2燃燒現象觀察 33-6-2.1火焰顏色 33-6-2.2點火延遲 & 燃燒時間 34-6-2.3燃燒速率 34-6-2.4微爆現象 34-6-2.5火焰縮口 34-7 大豆油（Salad Oil）分別與柴油和生質柴油可互溶預混之燃燒現象觀察 35-7.1火焰顏色 35-7.2點火延遲 & 燃燒時間 35-7.3燃燒速率 35-7.4微爆現象 36-7.5火焰縮口 36-8 橄欖油（Olive Oil）分別與柴油和生質柴油可互溶預混之燃燒現象觀察 36-8.1火焰顏色 36-8.2點火延遲 & 燃燒時間 37-8.3燃燒速率 37-8.4微爆現象 37-8.5火焰縮口 37-9 石蠟烷油（Parafin Oil）與柴油預混之燃燒現象觀察 38-9.1火焰顏色 38-9.2點火延遲 & 燃燒時間 38-9.3燃燒速率 38五章 結論 39考文獻 40表目錄1-1 一般噴霧流場的三個特性區域 422-1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 432-2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 433-1實驗設備示意圖 443-2爐內通道中央溫度分布圖 453-4電子控制面板照片 473-5液滴產生器之示意圖 473-6閃頻儀延遲電路刻度校正圖 483-7影像處理系統示意圖 493-8CCD camera及顯微鏡頭組合圖 493-9液滴撞擊機構 503-10濕式流量校正計 513-11流量計 513-12實驗配置實景照片 524-1.a柴油與水滴碰撞時序圖 534-1.b柴油與水滴碰撞時序圖 544-2.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之柴油與水碰撞燃燒火焰圖片 554-2.b固定尺寸0.320mm增加氧氣濃度、不同結合比例之柴油與水碰撞燃燒火焰圖片 564-3.a柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之點火延遲 574-3.b柴油與水在不同氧氣濃度與柴油比例下之燃燒時間 574-3.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 584-3.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 584-3.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 594-3.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 594-4柴油與水滴在固定結合尺寸0.320mm柴油比例80%下之微爆火焰圖與火焰末端液滴微爆時序圖 604-5.a柴油與甲醇碰撞時序圖 614-5.b柴油與甲醇碰撞時序圖 624-6.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之柴油與甲醇碰撞燃燒火焰圖片 634-6.b固定尺寸0.320mm、不同結合比例之柴油與甲醇碰撞燃燒火焰圖片 644-7.a柴油與甲醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之點火延遲 654-7.b柴油與甲醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之燃燒時間 654-7.c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 664-7.d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 664-7.e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 674-8柴油與甲醇在固定結合尺寸0.320mm柴油比例80%下之微爆火焰圖與火焰末端液滴微爆時序圖 684-9.b柴油與乙醇碰撞時序圖 694-9.b柴油與乙醇碰撞時序圖 704-10.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之柴油與乙醇碰撞燃燒火焰圖片 714-10.b固定尺寸0.320mm增加氧氣濃度、不同結合比例之柴油與乙醇碰撞燃燒火焰圖 724-11.a柴油與乙醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之點火延遲 734-11.b柴油與乙醇在不同氧氣濃度與柴油比例下之燃燒時間 734-11.c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 744-11.d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 744-11.e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 754-12柴油與乙醇在固定結合尺寸0.320mm柴油比例60%下之微爆火焰圖與火焰末端液滴微爆時序圖 764-13.a生質柴油與水滴碰撞時序圖 774-13.b生質柴油與水滴碰撞時序圖 784-14.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與水碰撞燃燒火焰圖片 794-14.b固定尺寸0.320mm增加氧氣濃度、不同結合比例之生質柴油與水碰撞燃燒火焰圖片 804-15.a生質柴油與水在不同氧氣濃度與生質柴油比例下之點火延遲 814-15.b生質柴油與水在不同氧氣濃度與生質柴油比例下之燃燒時間 814-15.c生質柴油與水在不同氧氣濃度與生質柴油比例下之平均燃燒速率 824-15.d生質柴油與水在不同氧氣濃度與生質柴油比例下之整體平均燃燒速率 824-15.e生質柴油與水在不同氧氣濃度與生質柴油比例下之整體有效平均燃燒速率 834-15.f 生質柴油與水在不同氧氣濃度與生質柴油比例之平均微爆次數 834-16生質柴油與水滴在固定結合尺寸0.320mm生質柴油比例80%下之微爆火焰圖與火焰末端液滴微爆時序圖 844-17.a生質柴油與甲醇碰撞時序圖 854-17.b生質柴油與甲醇碰撞時序圖 864-18.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與甲醇碰撞燃燒火焰圖片 874-18.b固定尺寸0.320mm增加氧氣濃度、不同結合比例之生質柴油與甲醇碰撞燃燒火焰圖 884-19.a生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與生質比例下之點火延遲 894-19.b生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與生質比例下之燃燒時間 894-19.c生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與生質比例下之平均燃燒速率 904-19.d生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與生質比例下之整體平均燃燒速率 904-19.e生質柴油與甲醇在不同氧氣濃度與生質比例下之整體有效平均燃燒速率 914-20生質柴油與甲醇在固定結合尺寸0.320mm生質柴油比例60%下之微爆火焰圖與火焰末端液滴微爆時序圖 924-21.a生質柴油與乙醇碰撞時序圖 934-21.b生質柴油與乙醇碰撞時序圖 944-22.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與乙醇碰撞燃燒火焰圖片 954-22.b固定尺寸0.320mm增加氧氣濃度、不同結合比例之生質柴油與乙醇碰撞燃燒火焰圖 964-23.a生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與生質比例下之點火延遲 974-23.b生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與生質比例下之燃燒時間 974-23.c生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與生質比例下之平均燃燒速率 984-23.d生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與生質比例下之整體有效平均燃燒速率 984-23.e生質柴油與乙醇在不同氧氣濃度與生質比例下之整體有效平均燃燒速率 994-24生質柴油與乙醇在固定結合尺寸0.320mm生質柴油比例60%下之微爆火焰圖與火焰末端液滴微爆時序圖 1004-25.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與大豆油、柴油與大豆油之火焰圖 1014-25.b固定尺寸0.320mm增加氧氣濃度、不同結合比例之生質柴油與大豆油、柴油與大豆油之火焰圖 1024-26.a 生質柴油與大豆油和柴油與大豆油在不同氧氣濃度與體積比例下之點火延遲 1034-26.b 生質柴油與大豆油和柴油與大豆油在不同氧氣濃度與體積比例下之燃燒時間 1034-26.c 生質柴油與大豆油和柴油與大豆油在不同氧氣濃度與體積比例下之平均燃燒速率 1044-26.d 生質柴油與大豆油和柴油與大豆油在不同氧氣濃度與體積比例下之整體平均燃燒速率 1044-26.e 生質柴油與大豆油和柴油與大豆油在不同氧氣濃度與體積比例下之整體平均有效燃燒速率 1054-27.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與橄欖油、柴油與橄欖油之火焰圖 1064-27.b固定尺寸0.320mm增加氧氣濃度、不同結合比例之生質柴油與橄欖油、柴油與橄欖油之火焰圖 1074-28.a 生質柴油與橄欖油和柴油與橄欖油在不同氧氣濃度與體積比例下之點火延遲 1084-28.b 生質柴油與橄欖油和柴油與橄欖油在不同氧氣濃度與體積比例下之燃燒時間 1084-28.c 生質柴油與橄欖油和柴油與橄欖油在不同氧氣濃度與體積比例下之平均燃燒速率 1094-28.d 生質柴油與橄欖油和柴油與橄欖油在不同氧氣濃度與體積比例下之整體平均燃燒速率 1094-28.e 生質柴油與橄欖油和柴油與橄欖油在不同氧氣濃度與體積比例下之整體平均有效燃燒速率 1104-30.a固定尺寸0.320mm、不同結合比例之生質柴油與石蠟烷油、柴油與石蠟烷油之火焰圖 1124-30.b固定尺寸0.320mm增加氧氣濃度、不同結合比例之生質柴油與石蠟烷油、柴油與石蠟烷油之火焰圖 1134-31.a 生質柴油與石蠟烷油和柴油與石蠟烷油在不同氧氣濃度與體積比例下之點火延遲 1144-31.b 生質柴油與石蠟烷油和柴油與石蠟烷油在不同氧氣濃度與體積比例下之燃燒時間 1144-31.c 生質柴油與石蠟烷油和柴油與石蠟烷油在不同氧氣濃度與體積比例下之平均燃燒速率 1154-31.d 生質柴油與石蠟烷油和柴油與石蠟烷油在不同氧氣濃度與體積比例下之整體平均燃燒速率 1154-31.e 生質柴油與石蠟烷油和柴油與石蠟烷油在不同氧氣濃度與體積比例下之整體平均有效燃燒速率 116(一)柴油和生質柴油的物理性質 117(二)物理性質表 118錄錄一 浮子式流量計量流校正圖 119錄二 氣體成分量測結果 121錄三 計算絕熱火燄溫度 1234835447 bytesapplication/pdfen-US液滴撞擊燃燒微爆火焰縮口dropletcollisioncombustionmicro-explosionflame shrinkagethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187084/1/ntu-97-R95522120-1.pdf