以流速为基础之氢引擎热传模型.pdf

亞 東 學 報 第 3 1 期 2011 年 12 月 頁 5 9 ~ 6 4 亞 東 技 術 學 院 以流速為基礎之氫引擎熱傳模型 * ** *** 吳明誠 陳宥中 李冠中 摘要 熱效率的因素；導致高冷卻損失的主因，則可能是氫 氫燃燒速度較傳統碳氫燃料快速。燃燒氣體在汽 火焰的冷熄距離短、氫燃燒速度高 ，兩項因素。 缸中的高流速，將加強氫引擎中的對流熱傳效應。本 Shudo[3]在分析氫引擎的效能中，採用了汽油燃料常 研究利用角動量守衡與k-ε 模型，建構以流速為基礎 用的熱傳模型，協助計算氫引擎熱傳損失。結果顯 之熱傳模型，針對氫引擎在搖轉與燃燒兩種狀態下的 示，該模型模擬所得數據，低於實驗測量數據 。 熱通量進行分析 ，並與文獻中的實驗測量熱通量比 Demuynck[4][5]在CFR 引擎汽缸壁中，安裝溫度與熱 較。結果顯示，無論在馬達搖轉與點火燃燒狀態下 ， 通量感測器。測量引擎在馬達搖轉與燃燒氫兩種狀態 以流速為基礎的熱傳模型，對於氫引擎峰值熱通量與 下的熱通量。並以Annand 與Woschini 兩種熱傳模型 總體熱傳損失兩項預測 ，均優於Woschini 模型。 配合模擬。結果顯示：氫引擎600rpm 時，上述兩模 型在峰值熱通量與總體熱損失兩種計算上，與實驗測 關鍵詞：流速 氫引擎 熱通量 渦漩 k-ε 模型 量所得數據差距顯著。以上文獻顯示 ，常用於汽油引 擎上的熱傳模型，並不適用氫內燃機。氫引擎的熱傳 壹、前言 模型有待改善與發展 。 近年溫室效應引發環保議題，讓全球興起了節能 傳統熱傳模型對於氣體速度因素的考量有限。以 減碳的趨勢。為了取代化石燃料，開發替代性燃料成 Woschini 為例，雖然模型中以燃燒與馬達搖轉兩種狀 了重要研究標的。氫燃料具有：燃燒無碳排放、來源 態下的汽缸壓力差，推算氣體速度。但是對於渦漩與 多元…等特性，使得氫引擎在車輛載具應用研究上， 滾轉的缸內流體運動，卻無法列入考量。引擎各種形 獲得眾所關注。 式的缸內流動，常見於壓燃點火引擎。Morel[6][7]為 氫燃燒時火焰速度快速，影響汽缸中流體流速。 了研究柴油引擎缸內氣體流動，對於循環熱傳效應的 快速流動的氣體，勢必影響對流熱傳效應。傳統熱傳 影響。以凹型活塞作為研究對象，探討了活塞在壓縮 模型未必適用在氫引擎。加上進氣過程產生的渦漩 ， 與膨脹行程時，渦漩、擠壓與氣體平均流速的關聯 。 與活塞、燃燒室形成的交互作用，更容易影響汽缸內 Borgnakke[8][9]則以 k-ε 模型討論汽缸內紊流強度、 不同空間位置的氣體流速。Woschini 、Annand 等常用 紊流動能對於氣體流速的影響。Wimmer[10]在缸內 的熱傳模型，是否能涵括流速與渦漩效應，有待探討。 噴射型與進氣埠噴射型的氫引擎研究中，應用了流場