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。不少實驗室和設備都是以甲烷氣體作為動力源。不過大家都知道可燃氣體都有一個爆炸極限，一個最佳的燃點，甲烷濃度過高的時候反而會因為缺氧導致燃燒不充分，所以需要另外一種氣體來稀釋甲烷氣體。臺灣的陳俊勛先生研究過在甲烷氣體中添加氮氣來稀釋，從而研究燃燒火焰的實驗，下面就讓我們來具體研究一下吧。

  本實驗是研究進氣速度(Uin)與甲烷氣體-氮氣質(zhì)量比，固定噴油速度(0.05 m/sec)在風洞中單多孔性圓柱燃燒器對火焰轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。實驗過程中先固定燃料之甲烷氣體-氮氣質(zhì)量比再改變進速度0.41至2.63 m/sec 來觀察相關的火焰結(jié)構變化。在實驗中發(fā)現(xiàn)在甲烷氣體-氮氣質(zhì)量比例在高于 ，當進氣速度增加時火焰結(jié)構變化由包封火焰、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)一來回擺動的特徵且只存在5~8秒。在此區(qū)域火焰為高度不穩(wěn)定它可以是一個昇離火焰、尾焰或是熄滅。在另一方面當甲烷氣體-氮氣質(zhì)量比例在低于60%，當進氣速度逐漸增加至極限值時火焰由包封焰直接轉(zhuǎn)變?yōu)槲惭娌⑶覜]有轉(zhuǎn)換火焰存在于此區(qū)域。除此之外研究發(fā)現(xiàn)當燃料混合物中甲烷氣體質(zhì)量變低時，火焰轉(zhuǎn)換極限速度也會變低，此外透過圖片來表示火焰跳距距離(stand-off distance)、火焰厚度(flame thickness)、方位角(attached angle)的變化來了解相關火焰的物理機制。在包封焰與尾焰中量測沿多孔圓柱燃燒器垂直中心線的火焰溫度分佈來了解相關的火焰變化趨勢。最后將觀測的實驗結(jié)果與相關的數(shù)值模擬比較來驗證實驗的正確性。比較數(shù)值與實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)有相同的趨勢。在甲烷氣體-超純氮氣質(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)由實驗得到的結(jié)果高于數(shù)值預測。由實驗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，至于由實驗得到的尾焰方位角(attached angle)是高于數(shù)值模擬。


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