沿傾斜燃料面向下火燄延燒之研究

Abstract

本論文係以數值計算，解析沿傾斜固體燃料薄板的火焰延燒行為。於本論 文中吾人發展兩種不同的燃燒模式以使用於不同的角度範圍。在研究等速 火焰延燒的模式中，由於使用一隨火焰移動之相對座標，火焰速度成為一 特徵值，並使固相方程式成為穩態，以能量及質量守恆與擬穩態 (quasi- steady)的氣相燃燒相結合，用以研究傾斜角(以水平為基準)於90度至50 度之間變化所造成的影響。在研究非等速火焰延燒的模式中，吾人採用絕 對座標的方式，推得含時間函數之非穩態固相方程式，藉由能量及質量守 恆與擬穩態(quasi-steady)的氣相燃燒相結合，計算在90度、60、 30及 0度四種角度下，火焰延燒隨時間變化的特性。在運用第一個模式針對傾 斜角為90度至50度的研究中顯示，氣相對固相之總熱傳量隨傾斜角之增加 而減少，而火焰延燒速度、預熱長度及焦化長度亦呈現相同的勢。在一傾 斜的固體燃料面上，下火焰為熱傳的主控機構，而在溫度分布方面，三重 高溫區的特徵在小傾斜角時益發明顯, 分別位於燃料板上方、下方及燃盡 點(burnoutpoint)後方。在使用第二個模式對四種不同延燒角度的研究中 ，吾人發現在傾斜角為90度及60度時，火焰等速延燒的特性依然存在；而 在傾斜角為30度及 0度時，火焰延燒則呈現週期性加減速的特性。在針對 水平火焰傳遞主控機構的探討中，發現造成此一不穩定現象的主因，是由 於藉質量濃度擴散的燃料供給速度、與火焰反應中燃料的消耗速度無法達 成平衡所致，而下火焰在預熱區域內對固體燃料的熱傳，為其主控熱傳機 構。藉由與水平等速延燒模式的比較中，可得此一模式在對於非等速火焰 延燒的加減速特性及延燒速度方面，有較佳的分析能力。