自然對流流場下擴散火燄穩定性及熄滅之分析

Abstract

一理論模式用來解析二維擴散火燄在一垂直向上平板固體燃料前端於自然對流環境下 其穩定性和熄滅的現象。其統御系統本質上是橢圓型式, 包括有連續, 動量, 能量和 各物質質量分數之守恆方程式。由於考慮火燄熄滅的特性, 因此一有限化學反應速率 動力式 (finite rate chemic alkinetics)也必需包括在此模式中, 此外固體燃燒速 率是以 Arrhenius的型式表之。此模式先作無因次化再以數值方式解之。此理論參數 分析分為兩部份, 一為考慮重力場變化時對火燄的影響, 另一為考慮外界氧氣質量分 數變化對火燄的影響。在前者, 有兩個熄滅極限被發現分別存在於一極低 (1/ 個 地球重力強度) 和高的重力強度(8倍地球重力強度),在這兩個熄滅極限間火燄可分為 下列三種型式: 包封火燄 (envelop flame)存在於小於1.95倍地球重力的範圍以內 , 當重力強度逐漸增加, 則過度火燄(transition flame)及開端火燄 (open-tip flame ) 依序出現, 當後者出現時, 火燄不再能包圍平板前端而是穩定的存在於平板兩旁。 同樣的火燄變化也存在於外界氧氣質量分數由高者減至低者, 但只有一個熄滅極限 ( 吹滅) 存在。在此分析中, 包圍及開端火燄之結構, 分別以圖詳述之。並針對未來模 式應改進之處及可應用處作詳細的討論。