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2018.07.24
以微紋影法探討生質油微粒產生機制
族群: 跨族群  
主題: 學術研究  
作者 林英沂
學校系所 國立虎尾科技大學 動力機械工程系機械與機電工程碩士班
地點 全臺 全部  
研究內容

 本研究以微紋影法探討生質油微粒產生機制。液體燃料特性影響噴霧燃燒或是液滴燃燒的特性,這些液滴特性包括:組成、飽和蒸氣壓、沸點、閃火點與黏滯係數等,當中黏滯係數的高低影響噴霧特性的好壞,而液體燃料組成特性,影響燃料的蒸發、閃火引燃與燃燒傳遞的特性。而再生能源的議題響起時,生質能源如何能夠取代化石燃料的使用變成一個重要的議題。生質物裂解油是由纖維素生質物經過熱分解產製而得,然而生質油的組份相當複雜,跟其料源與熱分解的程序參數有關,且在使用上產生了許多問題,包括微粒(soot)、結焦、腐蝕等。本研究探討快慢速裂解生質油並以直接影像與紋影法同步技術觀測液滴燃燒的微粒產生特性。在GC-MS、TGA及FT-IR量測結果顯示裂解生質油主要由多環化合物組成,包括:烷烴、芳香烴、酚類與醛類等,這類的組分是燃料燃燒時微粒(soot)生成的前驅物,並且燃燒過程中受到生質油組份揮發物沸點、閃火點差異(主要為多環化合物,如:芳香烴、烷烴、酚類以及醛類等)與微粒生成影響,形成不同階段液滴燃燒速率。由直接影像觀測液滴燃燒,不論是快慢速裂解生質油,其液滴火焰包覆整個液滴周圍,並且燃燒過程出現一次、二次微爆現象。在重力場條件下受到浮力與自然對流影響,使得燃燒液滴生成的微粒被吹離液滴周圍,且整體被可視火焰可見光影響不易觀察,由同步高速拍攝方式與光學紋影觀測能夠清楚觀測液滴燃燒時流場與擴散作用下的密度變化。比較紋影影像結果顯示,當中微粒尾的定義為火焰影像間明顯邊界,微粒以煙尾狀形成且分佈在可視火焰內側,而熱邊界位置則在可視火焰外側,圍繞在燃燒液滴的下圓則是由燃料以及氧化劑間的擴散與反應的化學作用形成的停滯平面是為史蒂芬流。並且慢速裂解生質油以多環芳香烴為主要組份,影響加速微粒生成。另一部分微粒煙尾影響生質油液滴火焰至液滴表面的熱傳,微粒碳黑輻射從而促進熱交換,從快速熱裂解生質油液滴微粒煙尾顯著形成時顯示,其表面沸點溫度趨向不穩定且溫度上升斜率顯著增加。此外受到組份與微粒煙尾的影響,生質油液滴燃燒過程微粒煙尾的形成以及其邊界顯著形成影響其密度改變導致不同階段的Grashof number(Grashof number(Gr)為探討自然對流時重要的參數)。Gr比較顯示慢速裂解生質油燃燒過程受到浮力影響為大,其密度改變與微粒煙尾流體上升是為顯著,而生質油液滴燃燒,隨著燃燒時間演進,更多的低碳鏈組分參與反應以及微粒煙尾逐漸形成,由組分影響微粒煙尾流的形成將其密度與受浮力影響特性分為兩階段Gr。

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