甲烷是一種非常重要的燃料，以甲烷為主要成分的沼氣更是一種重要能源。不少實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備都是以甲烷氣體作為動(dòng)力源。不過(guò)大家都知道可燃?xì)怏w都有一個(gè)爆炸極限，一個(gè)最佳的燃點(diǎn)，甲烷濃度過(guò)高的時(shí)候反而會(huì)因?yàn)槿毖鯇?dǎo)致燃燒不充分，所以需要另外一種氣體來(lái)稀釋甲烷氣體。臺(tái)灣的陳俊勛先生研究過(guò)在甲烷氣體中添加氮?dú)鈦?lái)稀釋，從而研究燃燒火焰的實(shí)驗(yàn)，下面就讓我們來(lái)具體研究一下吧。

  本實(shí)驗(yàn)是研究進(jìn)氣速度(Uin)與甲烷氣體-氮?dú)赓|(zhì)量比，固定噴油速度(0.05 m/sec)在風(fēng)洞中單多孔性圓柱燃燒器對(duì)火焰轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中先固定燃料之甲烷氣體-氮?dú)赓|(zhì)量比再改變進(jìn)速度0.41至2.63 m/sec 來(lái)觀察相關(guān)的火焰結(jié)構(gòu)變化。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在甲烷氣體-氮?dú)赓|(zhì)量比例在高于 ，當(dāng)進(jìn)氣速度增加時(shí)火焰結(jié)構(gòu)變化由包封火焰、轉(zhuǎn)換火焰、尾焰依序出現(xiàn)。轉(zhuǎn)換區(qū)存在于包封火焰與尾焰之間。在此區(qū)域火焰呈現(xiàn)一來(lái)回?cái)[動(dòng)的特徵且只存在5~8秒。在此區(qū)域火焰為高度不穩(wěn)定它可以是一個(gè)昇離火焰、尾焰或是熄滅。在另一方面當(dāng)甲烷氣體-氮?dú)赓|(zhì)量比例在低于60%，當(dāng)進(jìn)氣速度逐漸增加至極限值時(shí)火焰由包封焰直接轉(zhuǎn)變?yōu)槲惭娌⑶覜](méi)有轉(zhuǎn)換火焰存在于此區(qū)域。除此之外研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)燃料混合物中甲烷氣體質(zhì)量變低時(shí)，火焰轉(zhuǎn)換極限速度也會(huì)變低，此外透過(guò)圖片來(lái)表示火焰跳距距離(stand-off distance)、火焰厚度(flame thickness)、方位角(attached angle)的變化來(lái)了解相關(guān)火焰的物理機(jī)制。在包封焰與尾焰中量測(cè)沿多孔圓柱燃燒器垂直中心線的火焰溫度分佈來(lái)了解相關(guān)的火焰變化趨勢(shì)。最后將觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相關(guān)的數(shù)值模擬比較來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的正確性。比較數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)有相同的趨勢(shì)。在甲烷氣體-超純氮?dú)?/a>質(zhì)量比 由包封火焰轉(zhuǎn)變成尾焰與 由包封火焰變?yōu)檗D(zhuǎn)換火焰再轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定尾焰的火焰轉(zhuǎn)換速度發(fā)現(xiàn)由實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果高于數(shù)值預(yù)測(cè)。由實(shí)驗(yàn)得到的包封火焰厚度(flame thickness)與火焰跳距距離(stand-off distance)發(fā)現(xiàn)低于數(shù)值模擬，至于由實(shí)驗(yàn)得到的尾焰方位角(attached angle)是高于數(shù)值模擬。


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