多組份烷類、醇類與柴油液滴燃燒行為之研究

Investigation on the Burning Behavior of Alkane / Alcohol / Diesel Multicomponent Fuel Droplets

王鼎傑(Ting-Dhieh Wang)

指導教授 ： 王興華

國立臺灣大學/工學院/機械工程學研究所/碩士(2016年)

https://doi.org/10.6342/NTU201600863

摘要

本實驗是利用噴墨壓電式液滴產生器(Ink-Jet printing method)產生自由液滴，將各種油料打入高溫石英玻璃管內燃燒，並觀察液滴的燃燒現象：火焰顏色、火焰縮口、點火延遲、燃燒時間、燃燒速率、微爆現象。

實驗中的第一部分為單一純油料的燃燒行為，醇類：甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正辛醇及十二醇的燃燒現象，烷類：正己烷、正庚烷、十烷、十六烷，以及柴油，測量油料的點火延遲、燃燒時間，以及歸納其物理及化學性質影響的關係。第二部分為混合油料的燃燒行為，混合高碳數與低碳數的油料進行燃燒，觀察高低碳數差造成的燃燒特性。第三部分則為柴油混合不同比例的，含水丙酮-丁醇-乙醇，與不含水丙酮-丁醇-乙醇進行燃燒，觀察其燃燒現象，歸納整理在不同比例的混合下，對柴油的點火延遲、燃燒時間等影響，進而分析預測其趨勢。

實驗結果發現：
醇類的燃燒時間隨著碳數增加而增加。但是醇類的點火延遲時間在低碳數時，並沒有隨碳數的增加而增加，推測和物質的蒸發潛熱有關。
高低沸點差異大的兩油料混合時，隨著高沸點油料的混合比例上升，火焰縮口將會提早發生。
柴油不論混合哪種油料，都有觀察到微爆的現象發生。柴油混合WABE，可觀察到燃燒時間因微爆現象而縮短。

關鍵字

液滴燃燒 ； 微爆現象 ； 火焰縮口 ； 點火延遲 ； 含水丙酮-丁醇-乙醇

並列摘要

This experiment applies Ink-Jet Printing method by using droplet generator to generate free falling droplets into a high temperature glass tube. In this experiment, we focus on analyzing the flame colors, flame shrinkage, ignition delay, burning time, burning rate, and micro-explosion.
This experiment is separated into three parts. The first part is about the combustion behaviour of the single fuel droplets. The fuels include: alcohols e.g. methanol, ethanol, propanol, 1-butanol, octanol, dodecanol, alkanes e.g. hexane, heptane, decane, dodecane, dodecane, and diesel. We measure the ignition delay, burning time of each fuels. And summarize the ignition delay, burning time influenced by different chemical and physical properties. The second part is about the combustion behaviour of the mixture fuel droplets. We mix high carbon number fuel and low carbon number fuel. In order to observe the combustion behaviour of the mixture fuel influenced by different carbon number. The third part is about the combustion behaviour of diesel adding acetone-butanol-ethanol(ABE) and water-containing acetone-butanol-ethanol(WABE).
According to the experiment results, the burning time of alcohol is related carbon number and the ignition delay is related latent heat of evaporation. The timing of flame shrinkage occurring depends upon the variety of boiling point. When the proportion of high carbon number is increased in the composition, the flame shrinkage will occur early. We observe the micro-explosion of diesel whether mixing anything fuels or not. And diesel adding WABE can make the burning time decreased because of the micro-explosion.

並列關鍵字

Droplets ； Micro explosion ； Flame shrinkage ； Ignition delay ； WABE

參考文獻

[21] 張家暟, “單一純油料及混合純油料之燃燒行為,” 國立台灣大學機械工程研究所碩士論文, 2012.

[26] 魏嘉興, “多組份油料與柴油液滴之燃燒行為研究” 國立台灣大學機械工程研究所碩士論文, 2015.

[29] 金佑勳, “多組份柴油液滴燃燒與微爆現象之研究,” 國立台灣大學機械工程研究所碩士論文, 2005.

[30] 張凱捷,” 雙組份生質柴油、生質油料與柴油液滴燃燒行為之觀察” 國立台灣大學機械工程研究所碩士論文,2012.

[1] M. L. Botero, Y. Huang, D. L. Zhu, A. Molina and C. K. Law, “Synergistic Combustion of Droplets of Ethanol, Diesel and Biodiesel Mixtures,” Fuel, Vol. 94, pp. 342-347, 2011.