沿薄型燃料水平火燄傳遞之研究

Abstract

本論文以數值計算，探討在不同重力場下沿熱薄型固體燃料水平火燄傳遞 的特性。根據熱傳導對熱輻射的比值分析，可知一般重力場及更大的重力 場環境下，熱輻射對火燄傳遞的影響很小而可以被忽略。但在低重力場時 ，熱輻射則扮演了相當重的角色。因此本論文將分成兩部份來對水平火燄 進行探討。在第一部份中，暫不考慮熱輻射效應以簡化數值模型。首先對 一般重力場下水平火燄燃燒情形進行探討，以瞭解其基本特性。由火燄結 構圖可看出水平火燄燃燒具有三重反應區(triple- reaction-zone)的特 徵，其有三個高溫(火燄)區分別位於燃料板上方、下方及燃盡點( burnout point)後方。因自然對流會造氣流向上流動，使在燃料板上方會 形成一thermal plume。對燃料板上方的火燄而言，因其燄端遭遇迎面而 來的空氣而具有逆向火燄的傳遞(opposed flame spread)的特性；而板下 方之火燄則因氣體流動與火燄傳遞方向相同而具有同向火燄傳遞(con- current flame spread)的特性。歸納言之，水平火燄之傳遞係以燃料板 下方的同向火燄為主控機構。此外，當重力場增加時，水平火燄傳遞情形 亦被探討。可發現在重力場g=5.5時會有一吹熄極限(blowoff limit)的存 在，而所求得之火燄傳遞速率與 Damkohler值(或g值)之關係將與垂直板 向下火燄作比較。在第二部份中，將同時考慮到氣相及固相之熱輻射效應 ，其中氣體的熱輻射是二維的，並用P-1 approximation的方法來模擬， 以探討低重力場(g<1)環境下水平火燄燃燒的情形。由於熱輻射損失使在 低重力區亦有熄火(quenching)現象發生，若忽略輻射熱傳，則無法發現 此一熄滅極限。最後，氣體的二維輻射熱傳對水平火燄的影響亦被探討， 可發現燃料板上方的火燄會因氣體的熱輻射而造成熱量損失；而在燃料板 下方，因輻射與熱傳導及熱對流的方向相同，反而增加了氣體對燃料板的 預熱能力。