王興華臺灣大學：機械工程學研究所溫宏權Wen, Hung ChuanHung ChuanWen2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/60998本實驗主要利用Ink-Jet printing method的原理以及新的碰撞機構，使得（可互溶或不可互溶）的兩顆不同組份的自由液滴在空中碰撞，經由液滴本身表面張力結合成多組份單一液滴後落入高溫含氧的燃燒環境中，觀察其各燃燒性質：點火延遲、燃燒速率、火焰縮口以及微爆現象。實驗過程將以可互溶與不可互溶為方向；兩過程使用油料皆以烷類‐N‐hexadecane（C16H34）與醇類‐甲醇、乙醇為主；在不可互溶中加入添加劑‐水、乙醇，試圖改變其原先之碰撞結果。另外利用添加劑 methyl tetra-butyl ether（MTBE）的加入，使得原先不互溶的烷類與醇類變成可互溶性質。在兩過程中皆針對不同的液滴尺寸、添加劑的體積比下，觀察其碰撞的結果以及碰撞後的燃燒現象。 根據實驗結果，無論是可互溶或是不可互溶液滴，在相互碰撞初期皆會將液滴周圍的空氣包覆進去使內部有小氣泡存在，若以存在的型態進入高溫環境，將容易產生微爆的機制。在可互溶液滴燃燒發現，在甲醇中加入適當體積比的MTBE將會使得原先不可互溶的液滴變成可互溶多組份液滴，進而觀察其燃燒現象。對於不可互溶液滴燃燒方面，發現加入添加劑‐水，會使得液滴在燃燒時的結合型態改變進而影響燃燒性質以及最重要的微爆性質。Experiment applies Ink-Jet Printing method and a new collision mechanism to makes two free droplets to collide in the air. After multiple ingredients of droplet is composed by surface tension, it fall into high temperature environment. We can observe the characteristics of combustion: ignition delay、burning time、burning rate、flame shrinkage and micro-explosion. It based on the mixable and non-mixable characteristics in this experiment. In this process, we observed the result and combustive phenomenon of collision under different size of droplet and volume ratio of surfactant. According to our experiment results, the air surround the droplets can cover peripheral air, then form bubbles, no matter the droplets may dissolve or not, all has this phenomenon occurrence. If the droplets of that status fall into the high temperature environment, it will generate micro-explosion mechanism. We discover from mixable droplets combustion, if we join the MTBE of the suitable volume ratio, it will make non-mixable droplets become to multiple ingredients of mixable droplets. For non-mixable droplets combustion, if we join surfactant- water, it changes the combine status of droplets combustion and effect the combustion and micro-explosion characteristics.中文摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 論文要旨 Ⅲ 目錄 Ⅳ 附圖目錄 Ⅴ 附錄 Ⅶ 第一章 緒論 1 ＊1-1 前言 1 ＊1-2 文獻回顧 3 ＊1-3 研究動機與目的 9 第二章 理論基礎 11 ＊2-1 液滴碰撞理論 11 ＊2-2 燃燒液滴基礎理論 13 第三章 實驗設備與方法 17 ＊3-1 液滴實驗方法 17 ＊3-2 實驗及觀測設備 18 3-2.1液滴產生器及碰撞機構 18 3-2.2 高溫環境設備 20 3-2.3觀測設備 21 3-2.4影像處理系統 22 ＊3-3 實驗步驟及資料處理方法 22 3-3.1實驗步驟 22 3-3.2 實驗資料處理方法 25 ＊3-4 實驗環境分析與校正 26 3-4.1 熱流場環境分析 26 3-4.2 實驗儀器校正 28 第四章 結果與討論 31 ＊4-1 可互溶液滴碰撞燃燒 32 4-1.1 C16H34和CH3OH-C5H12O（MTBE）預混之碰撞燃燒 32 ＊4-2 不可互溶液滴碰撞燃燒 37 4-2.1 C16H34與CH3OH-H2O預混之碰撞與燃燒 37 4-2.2 C16H34與CH3OH-C2H5OH預混之碰撞與燃燒 41 4-2.3 C16H34與C2H5OH-H2O預混之碰撞與燃燒 44 ＊4-3 整體液滴燃燒性質分析 46 第五章 結論 50 參考文獻 52 附圖目錄 圖1-1 噴霧流場的三個特性區域 55 圖2-1 水滴在1 atm下碰撞模式與其對應偉伯數及碰撞參數關係 56 圖2-2 碳氫油滴在1 atm下碰撞模式與其對應偉伯數及碰撞參數關係 56 圖3-1 實驗設備示意圖 57 圖3-2 液滴碰撞燃燒實驗設備整體照片 58 圖3-3 液滴產生器示意圖 59 圖3-4 電子控制箱面板照片 59 圖3-5 液滴碰撞機構圖 60 圖3-6 氣體式燃燒爐頭 61 圖3-7 CCD及放大鏡頭組合圖 62 圖3-8 影像處理系統 62 圖3-9 火燄的燃燒速率表 63 圖3-10 流量計控制面板 63 圖3-11 流量校正儀 63 圖3-12 燃燒爐內溫度分佈圖 64 圖4-1a C16H34和CH3OH-C5H12O（MTBE）三種預混體積比之典型碰撞時序圖 65 圖4-1b C16H34(0.202mm)和CH3OH-C5H12O（MTBE）(0.291mm)碰撞時序圖 66 圖4-1c C16H34(0.202mm)和CH3OH-C5H12O（MTBE）(0.291mm)碰撞時序圖 67 圖4-2 液滴內部濃度不均勻形成光影條紋圖 68 圖4-3 C16H34(0.291mm)和CH3OH-C5H12O（MTBE）(0.202mm)碰撞時序圖 69 圖4-4a C16H34和CH3OH（0.291mm）加上各比例MTBE（0.202mm）下碰撞液 滴的燃燒情形比較 70 圖4-4b C16H34和CH3OH（0.254mm）加上各比例MTBE（0.254mm）下碰撞液 滴的燃燒情形比較 71 圖4-4c C16H34和CH3OH（0.202mm）加上各比例MTBE（0.291mm）下碰撞液 滴的燃燒情形比較 72 圖4-5 C16H34(0.291mm)和CH3OH-C5H12O（MTBE）(0.202mm)混合微爆液滴 73 圖4-6 C16H34(0.291mm)和CH3OH-C5H12O（MTBE）10％(0.202mm)黏合微爆 圖 74 圖4-7 C16H34與CH3OH-H2O 碰撞時序圖 75 圖4-8 C16H34與CH3OH-H2O 碰撞時序圖 76 圖4-9a C16H34和CH3OH（0.291mm）加上各比例H2O（0.202mm）下碰撞液滴 的燃燒情形比較 77 圖4-9a C16H34和CH3OH（0.254mm）加上各比例H2O（0.254mm）下碰撞液滴 的燃燒情形比較 78 圖4-9a C16H34和CH3OH（0.202mm）加上各比例H2O（0.291mm）下碰撞液滴 的燃燒情形比較 79 圖4-10 C16H34(0.291mm)與CH3OH-H2O 35%(0.202mm)火焰中液滴圖 80 圖4-11a C16H34(0.291mm)與CH3OH-H2O 35%、25％(0.202mm)液滴微爆圖 81 圖4-11b C16H34與CH3OH-H2O 5%和C16H34與CH3OH的液滴微爆比較圖 82 圖4-12 C16H34與CH3OH預混C2H5OH（35％、50％）碰撞時序圖 83 圖4-13a C16H34和CH3OH（0.291mm）加上各比例C2H5OH（0.202mm）下碰撞 液滴的燃燒情形比較 84 圖4-13b C16H34和CH3OH（0.254mm）加上各比例C2H5OH（0.254mm）下碰撞 液滴的燃燒情形比較 85 圖4-13c C16H34和CH3OH（0.202mm）加上各比例C2H5OH（0.291mm）下碰撞 液滴的燃燒情形比較 86 圖4-14 C16H34與CH3OH-C2H5OH碰撞液滴微爆圖 87 圖4-15 C16H34與C2H5OH-H2O液滴碰撞時序圖 88 圖4-16a C16H34和C2H5OH（0.291mm）加上各比例H2O（0.202mm）下碰撞液 滴的燃燒情形比較 89 圖4-16b C16H34和C2H5OH（0.254mm）加上各比例H2O（0.254mm）下碰撞液 滴的燃燒情形比較 90 圖4-16c C16H34和C2H5OH（0.202mm）加上各比例H2O（0.291mm）下碰撞液 滴的燃燒情形比較 91 圖4-17 C16H34與C2H5OH（50％）-H2O（50％）火焰中液滴圖 92 圖4-18 C16H34與C2H5OH-H2O各比例之碰撞液滴微爆圖 93 圖4-19a 甲醇加入添加劑對延遲點火的影響（組合尺寸 0.291mm-0.202mm） 94 圖4-19b 甲醇加入添加劑對延遲點火的影響（組合尺寸 0.254mm-0.254mm） 95 圖4-19c 甲醇加入添加劑對延遲點火的影響（組合尺寸 0.202mm-0.291mm） 96 圖4-20a 甲醇加入添加劑對燃燒時間的影響（組合尺寸 0.291mm-0.202mm） 97 圖4-20b 甲醇加入添加劑對燃燒時間的影響（組合尺寸 0.254mm-0.254mm） 98 圖4-20c 甲醇加入添加劑對燃燒時間的影響（組合尺寸 0.202mm-0.291mm） 99 圖4-21a 甲醇加入添加劑對平均燃燒速率的影響（組合尺寸 0.291mm-0.202mm） 100 圖4-21b 甲醇加入添加劑對平均燃燒速率的影響（組合尺寸 0.254mm-0.254mm） 101 圖4-21c 甲醇加入添加劑對平均燃燒速率的影響（組合尺寸 0.202mm-0.291mm） 102 圖4-22a甲醇加入添加劑對Kob的影響（組合尺寸 0.291mm-0.202mm） 103 圖4-22b甲醇加入添加劑對Kob的影響（組合尺寸 0.254mm-0.254mm） 104 圖4-22c甲醇加入添加劑對Kob的影響（組合尺寸 0.202mm-0.291mm） 105 圖4-23甲醇加入添加面劑對Keb的影響（組合尺寸 0.291mm-0.202mm） 106 附 錄 附錄一 流量計校正 1071978331 bytesapplication/pdfen-US添加劑微爆燃燒碰撞液滴additivecombustiondropletmicro-explosioncollisionthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/60998/1/ntu-93-R91522319-1.pdf