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高溫高壓汽油主要參考燃料層流和紊流燃燒速度量測與正規化分析

為了解決jet sl馬力的問題,作者林彥廷 這樣論述:

本論文定量量測汽油主要參考燃料(Primary Reference Fuel, PRF) 於高溫、高壓條件下之層、紊流燃燒速度(SL、ST),使用體積比為95%異辛烷與5%正庚烷之PRF95預混燃氣。主要研究重點有二:(1)量測液態燃料PRF95球狀火焰之SL和ST,探討在固定方均根紊流擾動速度(u′)條件下,壓力(p)效應對於SL和ST之影響;(2)探討在固定流場紊流雷諾數ReT,flow = u'LI/條件下,壓力效應與ReT,flow對ST之影響,其中LI為紊流積分長度尺度和為運動黏滯係數。實驗在已建立之高溫高壓高紊流強度雙腔體預混燃燒設備中進行,透過內爐十字型燃燒器大水平圓管內兩

端之一對10匹馬力馬達所驅動之反向旋轉風扇和空孔板,於十字型燃燒器中心引燃區產生一近似等向性紊流場。因會隨著p增加而下降,故我們在高壓條件下,等比例地調控u'LI之乘積使其與下降幅度相同,以獲得固定ReT,flow值。實驗條件如下:化學計量PRF95燃氣(當量比 = 1.0;有效Lewis數Le ≈ 1.44)、溫度T = 358K和373K、p =1-5 atm、u' = 1.0-5.4 m/s,以及固定三個不同ReT,flow值(6,700;9,100;11,600),以探討不同p與ReT,flow效應對ST之影響。對於層焰而言,p增加會使SL下降,這是由於壓力效應對於層焰傳遞過程

中為一個壓力連鎖反應機制,以H-O2反應為例,關鍵反應式(H1):H + O2 → OH + O為二體分支反應;而反應式(H9):H + O2 + M → HO2 + M為三體抑制反應,當壓力增加時,三體反應較二體反應強烈,因此在高壓條件的整體反應過程中,抑制反應被加強導致SL下降。對於紊焰而言,當u'值固定時,ST值會隨壓力增加而增加,過往認知這是因為火焰厚度會隨壓力增加而減少,使高壓火焰表面易受流力不穩定性(Hydrodynamic Instability,也就是Darrieus-Landau Instability)之影響,火焰表面會產生許多細胞狀結構(Cellular Structur

e),造成紊焰面積增加而使得ST增加,但過往研究未考慮當p增加會使ReT,flow增加之事實。實驗結果顯示,在固定u'條件下,ST值會隨壓力增加而上升,這很可能是由於因p上升會使得下降進而使ReT,flow增加,致使ST值增加。然而,當在固定ReT,flow條件下,有別於以往認知,ST值則是會隨著p增加而下降,且其趨勢與SL相似,即ST和SL對壓力效應均呈指數下降之關係,這顯示ReT,flow可能是影響ST增加的重要因素。本論文亦整合先前實驗室之燃燒速度數據,以常用之五組一般通式進行正規化分析:(1) ST,c=0.5/u' = A(Da)B,其中Damköhler number Da =

(LI/u′)(SL/L)、c ̅為平均傳遞變數、L為層流火焰厚度;(2) ST,c=0.5/SL = A(ReT,flame)0.5,其中火焰紊流雷諾數ReT,flame= (u'/SL)(/L)、為平均火焰半徑;(3) ST,c=0.5/SL = A[(u'/SL)(p/p0)]B,其中p0為一大氣壓;(4) ST/u' = A K B,其中Karlovitz number K = 0.157(u'/SL)2(ReT,flow)-0.5;(5)ST,c=0.5/SL = A(ReT,flame/Le2)B,其中A、B分別為不同一般通式之實驗常數。結果發現,原先分散之正規化ST/SL數

據,代入經考量Le數為修正參數之函數後,可收斂合併成單一曲線,五組修正後之一般通式皆展現很好的藕合程度,其中以一般通式(3)有最佳的藕合程度可達(goodness, R2 = 0.90)。結果顯示火焰傳播即使在不同燃料與當量比條件下,依然具有自我傳播相似性。本論文高溫高壓預混紊流燃燒之研究結果,對汽車引擎燃燒研究應有所助益。