The Burning Characteristics of Collide-Mixed Fuel Droplets

本實驗以Ink-Jet printing method 產生雙向自由液滴(Free droplet stream)於空氣中撞擊後進入高溫環境燃燒。以n-Hexadecane(C16H34)、n-Tetradecane(C14H30)為主，撞擊的油料選擇與其沸點差異大、易取得且燃燒產物不會造成污染的醇類（CH3 OH、C2H5 OH及C3H7 OH）與苯(C6H6)作碰撞結合燃燒，以期達到微爆所需之沸點差異。主要研究其微爆現象、點火延遲及燃燒速率。 實驗結果發現烷類與不可互溶之甲、乙醇油料碰撞結合後會使液滴的點火延遲增加，而烷類和醇類或醇苯混合物撞擊後燃燒，其所表現出的下點微爆都是屬於黏合型態的微爆機制。而醇苯混和確可增進燃油的燃燒效率。Experiment applies Ink-Jet Printing method to generate binary stable free droplets and collide-merged droplet fall along their path into high temperature environment. Paraffins, Alcohol and Benzene are used in this experiment. We will discuss some combustion characteristics such as burning rates, ignition delay, flame shrinkage and the micro-explosion phenomenon. According to the experiment results, we find that the immiscible collide-merged droplets make the ignition delay increasing. Alcohol mix with benzene can increase the burning rate of the fuel.目 錄 誌謝……………….…………………………………………………..I 中文摘要……………………………………………………………….Π 英文摘要………………………………………………………………Ⅲ 目錄……………………………………………………………………Ⅳ 圖表目錄……………………………………………………………….VI 第一章 緒論…………………………………………………….…....1 1－1 前言…………………………..………………………….……1 1－2 文獻回顧………………………………………………………2 1－3 研究動機與目的……………………………………………5 第二章 實驗設備與步驟……………………………………………6 2－1 實驗設備……………………..……………………………6 2－2 實驗步驟…………………….……………………………11 2－3 資料處理………………..…......……………………...………14 2－4 儀器校正..……………….........………………………...……15 第三章 基本理論………………………………………..…………...17 3－1 均勻成核……………………..……………………………17 3－2 點火延遲…………………….……………………………17 3－3 微爆理論………………..…......……………………...………18 3－4 火焰縮口..……………….........………………………...……18 第四章 結果與討論……..……………………………………………20 4－1 正十四烷(C14H30)與醇類（CnH2n+1OH）……………..….…..20 4－2 正十六烷(C16H34)與醇類（CnH2n+1OH）….…………….…..23 4－3 醇類（CnH2n+1OH）與正十四烷(C14H30)和正十六烷(C16H34)之總合討論………………………..…………………..…..24 4－4 正十六烷(C16H34)與甲醇加苯…………………….…….…..25 第五章 結論……………………………………………………………27 參考文獻………………………………………………………………..28 附圖…………………………………..……………………………….31 附錄…………………………………………………………...…….…..75 圖 表 目 錄 圖2-1 液滴碰撞燃燒實驗設備整體照片……………………………31 圖2-2 實驗整體設備示意圖…………………………………………..32 圖2-3 液滴產生器示意圖……………………………………………..33 圖2-4 電子控制箱面板照片…………………………………………..33 圖2-5 碰撞機構示意圖………..………………………………..……34 圖2-6 碰撞機構實際照片…….……..…………………………..……34 圖2-7 氣體燃燒爐頭實體照片及示意圖…..………………………35 圖2-8 燃燒爐內溫度分佈圖…………….………….………..…………36 圖2-9 流量計控制面板……………….……………….………..………37 圖2-10 流量校正儀………………….………………….………..………37 圖2-11 CCD放大鏡頭組合…………………………….…………..……...38 圖2-12 影像處理系統……………….……………….…………..………38 圖4-1 液滴碰撞結合示意圖……………………………….……….39 圖4-2 正十四烷與甲醇液滴在各比例碰撞下之火焰圖………………..40 圖4-3 正十四烷與乙醇液滴在各比例碰撞下之火焰圖………………41 圖4-4 正十四烷與丙醇液滴在各比例碰撞下之火焰圖………………..42 圖4-5 正十四烷與甲醇之下點微爆時序圖…………….…………. …...43 圖4-6 正十四烷與醇類在不同比率下撞擊混合對點火延遲的影響.44 圖4-7 正十四烷與醇類在不同比率下撞擊混合對燃燒時間的影響.45 圖4-8 正十四烷與醇類在不同比率下撞擊混合對整體燃燒時間的影 響…………………………………………………………………46 圖4-9 正十四烷與醇類在不同比率下撞擊混合對平均燃燒速的影響………………………………………………………..……47 圖4-10 正十四烷與醇類在不同比率下撞擊混合對整體平均燃燒速率的影響………………………………………………………..……48 圖4-11 正十四烷與醇類在不同比率下撞擊混合對整體平均有效燃燒 速率的影響………………………………………………...……49 圖4-12 正十六烷與甲醇液滴在各比例碰撞下之火焰圖…………….…50 圖4-13 正十六烷與乙醇液滴在各比例碰撞下之火焰圖…………….…51 圖4-14 正十六烷與丙醇液滴在各比例碰撞下之火焰圖………………52 圖4-15 正十六烷與異丙醇液滴在各比例碰撞下之火焰圖……………53 圖4-16 正十六烷與甲醇之下點微爆時序圖………………………….54 圖4-17 正十六烷與乙醇之下點微爆時序圖………………………….55 圖4-18 正十六烷與醇類在不同比率下撞擊混合對點火延遲的影響.56 圖4-19 正十六烷與醇類在不同比率下撞擊混合對燃燒時間的影響.57 圖4-20 正十六烷與醇類在不同比率下撞擊混合對整體燃燒時間的影響………….……………………………………………………...58 圖4-21 正十六烷與醇類在不同比率下撞擊混合對平均燃燒速率的影響………….………………………………………………..……59 圖4-22 正十六烷與醇類在不同比率下撞擊混合對整體平均燃燒速率的影響………………………………………………………………60 圖4-23 正十六烷與醇類在不同比率下撞擊混合對整體平均有效燃燒速率的影響…………………………………………………………61 圖4-24 甲醇加10%苯預混與正十六烷液滴碰撞燃燒之火焰圖………62 圖4-25 甲醇加10%苯預混與正十六烷液滴碰撞燃燒之下點微爆時序 圖………………………………………………………………....63 圖4-26 甲醇加30%苯預混與正十六烷液滴碰撞燃燒之火焰圖………64 圖4-27 甲醇加30%苯預混與正十六烷液滴碰撞燃燒下點微爆時序圖………………………………………………………….……...65 圖4-28 甲醇加50%苯預混與正十六烷液滴碰撞燃燒之火焰圖………66 圖4-29 甲醇加50%苯預混與正十六烷液滴碰撞燃燒下點微爆時序圖…………………………………………………….………….67 圖4-30 甲醇加70%苯預混與正十六烷液滴碰撞燃燒之火焰圖………68 圖4-31 正十六烷與甲醇加苯預混在不同比率下撞擊混合對點火延遲的影響………………………………………………...……………69 圖4-32 正十六烷與甲醇加苯預混在不同比率下撞擊混合對燃燒時間 的影響…………………………………………………...………70 圖4-33 正十六烷與甲醇加苯預混在不同比率下撞擊混合對整體燃燒時間的影響……………………………………………...…………71 圖4-34 正十六烷與甲醇加苯預混在不同比率下撞擊混合對平均燃燒速率的影響……………………………………………...…………72 圖4-35 正十六烷與甲醇加苯預混在不同比率下撞擊混合對整體平均燃燒速率的影響………………………………………...…………73 圖4-36 正十六烷與甲醇加苯預混在不同比率下撞擊混合對整體平均有效燃燒速率的影響…………………………………...…………74 附 錄 附錄一 STROBE DELAY 校正……………………..……………….…..75 附錄二 流量計校正……………………………..…………….………7