以丙烷与氧气燃烧作烧结封口试验与分析-元智大学最佳化设计.PDF

第二章 以丙烷與氧氣燃燒作燒結封口實驗與分析 作者：林志強 (2014-07-10) ；推薦：徐業良 (2015-12-16) 。 附註：本文為 102 學年度元智大學機械工程研究所林志強碩士論文「量子玻管燒結封 口最佳化 」第二章 。 第二章 以丙烷與氧氣燃燒作燒結封口實驗與分析 本章以丙烷與氧氣燃燒進行燒結封口實驗。首先對 於燃燒特性與火焰種類作一概 述 ，接著闡述設計需求 、實驗目的 、以及實驗的流程與 方法，最後將實驗的 結果作分 析找出滿足設計需求的最佳化流量值，再以最佳化流量值與現行經驗參數調整的流量 值作成本分析比較 。 2.1氣體燃燒概述 與火焰種類 特性 燃燒的廣義定義為物質的快速氧化反應。物質燃燒時，會放出大量的熱量，導致 周圍溫度 升高。燃燒系統中有三個主要的成份，分別為燃料或可燃物質、氧化物 、惰 性物質。燃料內高能量化學鍵經氧化後會放出熱能；氧化物是燃燒反應中不可或缺的 物質，最普通的氧化物為含有21%氧氣的空氣，空氣量的多寡與燃料混合程度直接影 響燃燒效率；惰性物質不直接參與燃燒的氧化反應，但 其存在會影響溫度[1] 。 氣體的燃燒方式有預混焰與擴散焰兩種。預混焰為最普遍的燃燒方式，為預先將 燃料與氧化物事先於管線內混合後以燃燒器燃燒；擴散焰是只噴出氣體燃料，藉擴散 混合空氣而燃燒 [2] 。本研究量子玻管燒結現行生產所使用的燃燒方式為預混焰，使 用氣體由丙烷 (C H ) 、氧氣 (O ) 、低壓風(Air) 等三種所組成。 3 8 2 以丙烷做為燃料產生的火焰基本上有還原焰、中性焰、氧化焰等三種型態，說明 如下 ： 1 .tw/ 第二章 以丙烷與氧氣燃燒作燒結封口實驗與分析 (1) 還原焰 如圖 2-1所示，丙烷氣體比例大於氧氣，只利用空氣中 21%氧氣作燃燒，點燃後 火焰在燃燒器的上方，火焰呈黃色，類似以打火機點燃丁烷後燃燒的火焰或氧乙炔中 的還原焰。此種燃燒 為三種火焰型態中溫度最低 ，無法直接用於量子點玻管的燒結封 口作業，因為火焰燃燒 方向為向上燃燒，而燃燒器與之成垂直方向，加大丙烷的流量 時仍只會沿著燃燒器外圍 繼續加大火焰 ，時間過久必將損壞燃燒器(燃燒器材質為黃 銅) ，且燃燒方向不同更無法加熱到玻管。 圖 2-1. 還原焰 (2) 中性焰 火焰形狀如圖2-2所示 ，燃燒氣體以丙烷和氧氣預先混合後再燃燒，氧氣的流量 大於等於丙烷流量、且不大於特定比例時所產生的火焰。燃燒後調整氧氣的流量逐步 放大將會使火焰順著燃燒器吹出方向逐步加長，外焰的部分 亦隨著氧氣增加而由黃色 的軟 性火焰轉換為藍色的火焰 ，溫度也會隨之上升 。此種燃燒方式優點為不用太多的 丙烷，僅靠變換氧氣流量便可微幅的調控火焰溫度 ，外火焰呈現淡藍色且外焰較為潰 散飄逸 ，所以溫度測量外焰時發生的溫度震盪變化量較大。 圖 2-2.中性焰 2 .tw/ 第二章 以丙烷與氧氣燃燒作燒結封口實驗與分析 (3) 氧化焰 氧化焰為中性焰加大氧氣的比例所形成的火焰 ，火焰形狀如圖2-3所示 ，加大氧 氣的流量可以發現火焰的內焰會逐漸向內縮短且顏色轉變為亮白色 ，溫度也會隨之而 增高 ，但是外焰的長度也會隨之漸漸的縮短結實 。中性焰轉變為氧化焰的過程如圖 2-4由左至右所示 ，此種火焰為三種火焰型態中溫度最高。 圖 2-3.氧化焰 中性焰逐漸轉換為氧化焰 焰心逐漸轉為明亮白色 圖 2-4.中性焰轉換為氧化焰過程 量子玻管的燒結封口作業可以使用中性焰與氧化焰進行，唯兩種火焰均可再