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4-3 噴嘴設計的優化

(d) (e) (f)

圖 4.4、各孔徑單孔上噴實驗:(a)孔徑 0.7 ㎜平頭噴嘴(b)孔徑 0.7 ㎜錐頭 噴嘴(c)孔徑 0.5 ㎜平頭噴嘴(d)孔徑 0.5 ㎜錐頭(e)孔徑 0.3 ㎜平頭(f)

孔徑 0.3 ㎜錐頭。

從前兩代的噴嘴的設計成效結果不盡理想,火焰的不均勻是很大的致命傷,

而第二代孔徑的大小是延續第一代成功的範本,但 1 ㎜的孔徑在 42 孔噴嘴所噴 出的火焰比第一代還不均勻,原因之一是孔加工時的精度問題導致噴出的火焰有 所不均,另一個原因在於第二代噴嘴為了能處理更大片的玻璃而增加了孔數,相 對內部的空間增長了使得氣體壓力無法均勻分佈;所以在第三代噴嘴的設計前,

以單孔噴嘴先做實驗,先從單孔火焰所噴出的現象去設計第三代噴嘴,故做了如

(圖 4.4)(圖 4.5)的單孔實驗。

6.5 13 19.5 26 32.5 45.5 39

0

6.5 13 19.5

0

6.5 0

(a)

在單孔實驗中由於孔徑都小於 1 ㎜ ,混合氣體在離開噴嘴的時會有很大的 壓力差,所以不容易在一般的調壓閥下操作,只能靠針閥做更細微的變動,假使 使用的壓力過大則會將火焰吹熄無法點著,在這樣的實驗情況下流量與壓力值無 法讀取,所以實驗的條件並沒有紀錄,只單純觀測火焰形狀去分析,作為日後孔 列噴嘴設計的參考依據。

不論是圖 4.4 向上噴火實驗或圖 4.4 水平噴火實驗,孔徑越小壓差越大且在 點火調整的過程中越困難,火焰的長度也隨著減小,以 4-6 節量測火焰拋光工作 區標準,在 0.7、0.5 ㎜孔徑方面向上噴的火焰長度明顯比水平火焰來得長 13

㎜,其原因在於燃燒的火焰處於高溫狀態密度較輕,因此向上的浮力將整體火焰 拉伸了,而水平火焰因為壓力衝出的速度一部份由於浮力關係而減弱,這就是造 成火焰長度的差異的主要原因;本實驗由於是丙烷與氧混合的緣故燃燒比較激 烈,且孔徑小使得速度更快,所以水平火焰向上飄移的現象並不明顯,若仔細觀 察水平火焰,則會發現火焰尾端上飄略明顯,偏移的角度約 0~10 度不等。

單孔噴嘴實驗的另外一個目的在於探討噴嘴前顛平頭與錐頭對火焰寬度與 長度的影響,以 0.7 ㎜的孔徑噴出的火焰寬度竟會大於 0.7 ㎜,原因之一是因為 混合氣由拘束空間流至開放空間,且孔徑邊緣是一個尖的直角,所以氣體在這地 方容易產生擾流使得火焰寬度比原孔徑還要大一些,另一個原因由於噴出的火焰 在噴嘴外壁面吸引周遭氣流的同時因為壁面的牽引效果讓火焰的寬度有所增 加。由實驗結果觀察得知噴嘴前端的幾何形狀對火焰寬度影響只有些微的差異,

而意外的發現錐頭狀的噴嘴火焰總長度都比同一孔徑平頭噴嘴來得長一些,因此 推論錐頭噴嘴因為容易將氣流牽引,使得火焰的流場更為流暢,而平頭噴嘴因面 積較大且沒有平順的斜角讓氣流平順的引進所以火焰的總長度略短了些。

經由上述的實驗結果討論,在第三代噴嘴設計理念上能夠以斜面為依據,能 夠達到更均勻平順的火焰,另外因為截面積的減少可以降低噴嘴對火焰的吸熱,

噴嘴本體的溫度則不會一直處於高溫狀態。為了配合新的火焰拋光機台噴嘴預計 要往下噴火,但從上述的實驗則可以放心向下點火而不會有逆火的現象發生。

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