火焰在有限長度PMMA燃料及伴隨熱輻射效應下傳播情形之數值模擬研究

Abstract

本論文係以暫態燃燒模式來模擬在風洞中逆向傳播火焰在有限長度PMMA燃料及考慮熱輻射效應時，火焰由引燃至穩定燃燒傳播的一連續過程。論文內容可分為三部分。在第一部分中主要的研究參數包括逆向進氣速度、逆向進氣溫度以及燃料厚度等。模擬結果則是主要包括火焰引燃時間以及火焰傳播速率。在不同參數的改變之下對於火焰引燃時間及火焰傳播速率的影響將在本部分中詳細分析與討論。另外本研究各項所得的模擬結果也會與相關的實驗數據（潘英杰，1999）以及數值模擬（吳國光等人，2003）互相比較，經由比較的結果發現本研究的模擬結果會比先前吳國光等人所模擬的結果更接近實驗所量測的數據，其原因是在本研究當中多加考慮了幾項因素包括密閉空間效應、有限長度的燃料以及氣相和固相的熱輻射等。 第二部分主要是研究逆向進氣速度對於火焰傳播行為的影響。在此部分中所模擬的逆向進氣速度範圍為0~100公分/秒，而在先前的研究包括潘英杰(1999)，吳國光等人(2003)以及本論文第一部分所模擬的逆向進氣速度範圍則是40~100公分/秒。由氣相與固態燃料溫度、固態燃料預熱長度以及熱通量等模擬結果來探討火焰引燃及傳播等行為。由模擬結果得知火焰引燃時間隨著逆向進氣速度的增加而增加。但是火焰傳播速率可由逆向進氣速度分為兩個區域。首先火焰傳播速率隨逆向進氣速度增加，當逆向進氣速度到達32公分/秒時，火焰傳播速率達到最大值，接著隨著逆向進氣速度的增加而減小。當逆向進氣速度小於32公分/秒時，火焰主要是受氧氣傳輸效應的影響。當逆向進氣速度大於32公分/秒時，火焰主要則是受拉伸效應的影響。除此之外，本研究顯示熱輻射效應增加火焰引燃時間並且減小火焰強度與傳播速率。逆向進氣溫度與固態燃料溫度對於火焰傳播行為的影響也在本部分中被探討，另外模擬結果顯示當逆向進氣速度增加時，則逆向進氣速度效應將會大於逆向進氣溫度效應。 第三部分主要是利用三維燃燒模式來探討在風洞中逆向傳播火焰在有限長度PMMA燃料上傳播之情形。此部分主要是探討三維效應對於火焰傳播的影響。逆向進氣速度為主要之模擬參數。火焰由引燃至傳播的過程將會在此部分中詳細討論。火焰引燃時間會隨著逆向進氣速度的增加而增加，但在三維模擬中火焰引燃時間大於二維模擬所得結果而且隨著逆向進氣速度的增加，二維與三維之間火焰引燃時間的差異會變小。由模擬結果顯示火焰傳播速率隨著逆向進氣速度的增加而減少而由火焰傳至風洞壁面的熱損失則會使火焰強度變弱。而本模擬結果與相關實驗如潘英杰(1999)與數值模擬如吳國光等人(2003)與本論文第一部分的結果做比較。其比較結果發現在較低的逆向進氣速度之下，本模擬結果會與實驗所得之數據更為接近。