博碩士論文 87323027 詳細資訊




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姓名 張乃文(Ni-Wen Chen)  查詢紙本館藏   畢業系所 機械工程學系
論文名稱 實驗分析預混紊焰表面密度傳輸方程式及Bray-Moss-Libby模式
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摘要(中) 我們使用雷射斷層攝影術(Laser Tomography)來獲得預混紊焰於十字型燃燒器中央測試區之二維紊焰影像,共有六組在不同燃燒條件之實驗(CH4:f = 0.9和1.2在風扇轉頻各為10 Hz 和 30 Hz,共四組;C3H8:f = 0.9在風扇轉頻各為10 Hz 和 30 Hz,共兩組)。每一組實驗均含200個以上之相同實驗,從每個實驗中選取一張瞬時紊焰影像(紊焰平均位置正好位於均勻紊流場即測試區中心處),用所獲得之200張紊焰影像來進行統計分析,計算兩種理論模式下各自所需的參數。有關BML模式,我們火焰皺摺積分長度尺度 大致上維持一定值,約在0.4~0.5公分之間,與Lewis數無關;平均交角餘弦值 則在0.58~0.68之間與紊流強度和Lewis數無關;g值約為一常數2,與Chew et al. (1990)及Shy et al. (1996)的結果類似。在S-equation的結果中發現在各組實驗中的火焰的結構,主要部分(大於60%)在靠近生成物其曲率項為一正值(源項,source term),而在接近反應物時其曲率項為一負值(消耗項,consumption term),這與Veynante et al. (1994)及Poinsot and Trouve (1994)的結果有部分類似。此外,由兩種不同理論所各自求得的火焰表面密度值(S)十分相近並可以互相對照,其數值約為Veynante et al. (1994) V型火焰的結果的一半;並且發現Le (Lewis number)對於火焰表面密度的變化有影響。在Le > 1時,增加紊流強度,S值會隨著增加;Le < 1時,則幾乎不影響S值。
摘要(英) This study processes six cases with different combustion conditions (CH4, f = 0.9 and 1.2 at fan-stirred frequency 10Hz and 30Hz, 4cases; C3H8, f = 0.9 at fan-stirred frequency 10Hz and 30Hz, 2 cases. Laser Tomography technique is applied to obtain 2-D turbulent flame images. In each case, we conduct several hundreds experiments under the same conditions and choose images in which their mean positions are just at the center of near isotropic region. We gather 200 images, and alculate the unclosure terms for both model (BML model and S-equation). In BML model, integral length scale of flame wrinkling is about 0.4~0.5 cm, mean cosine value of crossing angle is a constant, about 0.58~0.68, and g value is very close 2. The results show good agreement with that of Chew et al. (1990) and Shy et al. (1996). In S-equation, most of the curvature term (> 60%) are positive (source term) near product side and become negative (consumption term) near the reactant side. The resut is reminiscent with that of Trouve and Poinsot (1994)and Veynante et al.(1996). Moreover , we find that Lewis number (Le) will affect the S value. When Le > 1, increasing turbulent intensity will increase S value. while remaining the same for value of S when Le < 1.
關鍵字(中) ★ 火焰表面密度方程式 關鍵字(英) ★ flame surface density
★ BML model
論文目次 摘要2
英文摘要3
誌謝4
目錄5
圖目錄9
表目錄12
符號說明13
第一章 簡介16
1.1動機16
1.2 文獻回顧18
1.3 論文概要23
第二章 實驗設備與實驗方法25
2.1 十字型風扇擾動式燃燒器25
2.2 氣態預混火焰傳播之觀測26
2.3 雷射斷層攝影術27
2.3.1 雷射切面28
2.3.2 霧化粒子29
2.3.3 影像擷取30
2.3.4 影像處理31
2.4 預混紊流燃燒實驗32
2.4.1 甲烷/空氣之預混紊流燃燒實驗33
2.4.2 丙烷/空氣之預混紊流燃燒實驗34
2.5實驗誤差評估35
2.5.1 風扇轉頻與紊流場強度誤差分析35
2.5.2 燃氣/空氣注入之誤差分析36
2.5.3 影響擷取與影像處理所產生的誤差36
第三章 實驗之分析理論與分析方法45
3.1 Bray-Moss-Libby 模式(BML model)45
3.1.1 BML model45
3.1.2 平均傳遞變數 , ,g與交點長度(crossing
length Lc)的求法46
3.1.3 的求法47
3.1.4 與S的求法48
3.2 火焰表面密度傳輸方程式(S-equation)49
3.2.1 S-equation 之理論推導49
3.2.2火焰表面密度S分布圖與平均傳遞變數分布圖50
3.2.3 曲率項與傳遞項的計算51
第四章 實驗結果與討論62
4.1 火焰影像解析度的影響62
4.2 平均傳遞變數分布圖63
4.3 BML model之相關實驗結果64
4.3.1 交點長度LC64
4.3.2 正規化自生相關係數 與火焰皺摺積分長度尺
度 65
4.3.3 交點頻率 與g值66
4.3.4 平均火焰交角餘弦值 與真實角度q66
4.3.5 利用BML model求得的火焰表面密度68
4.4 S-equation之相關實驗結果69
4.4.1 火焰表面密度相對於原始影像位置之分布圖69
4.4.2 火焰表面密度分布相對於平均傳遞變數70
4.4.3 方向因子70
4.4.4 曲率項71
4.4.4.1 關於mode (1)模式72
4.4.4.2 關於mode (2)模式72
4.4.4.3 關於mode (3)模式73
4.4.4.4 關於三種曲率項模式74
4.4.4.5傳遞項74
第五章 結論與未來工作98
5.1結論98
5.2 未來工作99
參考文獻101
參考文獻 Abdel-Gayed, R. G., Bradley, D., and Lawes, M. 1987 Turbulent burning velocities: A general correlation in terms of straining rates. Proc. R. Soc., Vol. 414, pp.389-413
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指導教授 施聖洋(Shenqyang Shy) 審核日期 2000-7-5
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