Abstract
本研究是以含氧高溫氣流吹過背向階梯後之PMMA(俗稱壓克力)燃料板，模擬固態燃料衝壓引擎(SFRJ)的引燃過程。氣流是由一部魯氏鼓風機所提供，該氣流在風洞的加熱段燒液化瓦斯LPG 而成為高溫氣流，在加熱段之前有氧氣入口，可以調整氧濃度。測試區進口高50mm，寬200mm，階梯高度17?29mm。燃料板長400mm寬110mm，厚10mm，置於測試區底部。測試區之一側裝有透明視窗，以便觀測引燃的過程。從燃料板被推入測試區到引燃完成的過程，是用V8攝錄影機以30張/秒的速率拍攝，用以量取引燃延遲(ignition delay)。引燃瞬間是用高速錄影機以2000張/秒的速率拍攝，用以觀察引燃瞬態的細微變化。實驗參數有：進氣溫度、進氣流速、進氣氧濃度、和階梯高度本文進行了三種實驗，分別是：引燃實驗、燃料熱解實驗、和流場量測引燃實驗結果顯示，引燃初期是焰核(flame kernel)的形成，由許多焰核結合成火焰。焰核產生的位置有：迴流區內的剪流層、複接觸點附近、以及燃料板末段邊界層，視燃燒室中局部的燃料濃度、氧濃度、溫度、和流力特性而定。引燃機構有兩種：氧濃度較高(20%以上)的擴散控制(difusion control)和氧濃度較低(15%以下) 的化學動力控制 (chemical kinetics control)。擴散控制的初始焰核在複接觸點附近,其引燃延遲隨流速增加而減少；化學動力控制的初始焰核在迴流區內部其引燃延遲隨流速增加而增加。燃料熱解實驗是將PMMA板置入高溫氣流的燃燒室中，氣流控制在不足以引燃的條件，加熱一段時間之後取出，量測PMMA板厚度，與原始厚度之差就是燃料熱解量。結果顯示，階梯附近的燃料熱解量很小，往下游逐漸增加，到了複接觸點附近達最大值，更下游則稍微減小。增加熱解量的因素有：提高進氣溫度、增加流速、以及減小階梯高度。熱解量較大的，有利於擴散控制條件下之引燃。然而化學動力控制的條件下減小引燃延遲則需較佳的駐焰性，亦即：提高進氣溫度、減小氣流速度、以及增加階梯高度。流場量測結果發現迴流區裡迴流量較大的引燃延遲較短，而在完全紊流的流場中，紊流強度較大的不利於引燃。全文分八章，第一章前言，第二章實驗設備與方法，第三章引燃的基本現象，第四章引燃的控制機構，第五章引燃前的燃料熱解，第六章流場特性與燃料引燃，第七章渦流對引燃及火焰的作用，第八章結論與展望。