Δt = 20 μs
圖 5-1 化學當量條件之乙烯/氧氣焰傳遞連續動態顯影。
圖 5-2 化學當量條件乙烯/氧氣焰傳遞速度隨火焰尖端位置變化。
103
圖 5-3 化學當量條件下乙烯/氧氣焰傳遞速度隨傳遞時間變化。
圖 5-4 化學當量條件乙烯/氧氣焰傳遞加速度隨火焰尖端位置變化。
104
圖 5-4為無稀釋條件下，火焰加速度與火焰尖端位置的變化。圖中火 焰形成後大略進行線性加速而後趨緩。爆震焰產生後減速至接近C-J速度 後以等速度前進。
本研究中由管槽長度中心點進行點火。點火後形成的火焰將會往兩 端傳遞。爲了更清楚了解火焰形成後的傳遞之對稱性，因此針對點火區 域內約25 cm區域，同時紀錄兩側火焰傳遞動態。圖 5-5及圖 5-6為化學 當量條件，火焰於點火端兩側的速度隨位置及時間變化。兩端火焰經點 燃後，皆近似於對稱方式傳遞，與單邊拍攝下所得結果無異。
由於本研究討論火焰在DDT過程的加速現象，因此稀釋條件只探討 可發生爆震焰的區間。在氮氣做為稀釋氣體，稀釋比例約36 %以上，即 無法生成爆震焰。因此研究中對氮氣稀釋比例10、20及30 %進行探討。
圖 5-5 化學當量條件下乙烯/氧氣焰傳遞前期於點火點兩側速度 隨位置變化。
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圖 5-6 化學當量條件下乙烯/氧氣焰傳遞前期於點火點兩側速度 隨時間變化。
圖 5-7為乙烯/氧氣混合氣體與三種稀釋濃度下火焰傳遞動態。為了 減少拍攝中所產生的圖片雜訊，所有時態拍攝圖片均扣除點火瞬間所拍 攝之圖片(第0張)，因此在連續圖中起始張數皆從第1張開始。圖 5-7(a) 為未加入稀釋氣體條件。在無稀釋條件下，緩燃焰傳遞時有較高火焰亮 度，火焰亮度也隨著稀釋濃度的提高而降低，兩端火焰傳遞的對稱性也 因稀釋比例的提升，而產生兩端的相互影響。圖 5-7(b)及圖 5-7(c)中，
可看出稀釋比的增高，將使一側火焰擁有較高的火焰亮度。
為了更容易判定整個過程中火焰傳遞位置，使用自行撰寫之Matlab 程式對原始拍攝圖片進行強化。將每張圖片中的最高亮度值增加至圖片 最高亮度的0.9倍，此方法可對每一時態拍攝圖片做個別的亮度提升，亮 度變化則為線性增加。因此亮度強化後，背景雜訊的亮度也會隨之增加，
故採相同方式與第0張圖片相減，以降低雜訊對於火焰面判定困難性。
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(a)
Ethylene/Oxygen, Φ=1 5 cm
Δt = 20 μs
(b)
Ethylene/Oxygen, Φ=1
10% N
2dilution
5 cm Δt = 20 μs Ethylene/Oxygen, Φ=1
10% N
2dilution
5 cm Δt = 20 μs Ethylene/Oxygen, Φ=1
10% N
2dilution
5 cm Δt = 20 μs
(c)
Ethylene/Oxygen, Φ=1
20% N
2dilution
5 cm Δt = 20 μs
(d)
Ethylene/Oxygen, Φ=1
30% N
2dilution
5 cm Δt = 50 μs
圖 5-7 不同氮氣稀釋比例(a) 無稀釋氣體 (b) 10 %氮氣稀釋(c) 20 %氮氣 稀釋(d) 30 %氮氣稀釋下，於化學當量之乙烯/氧氣焰傳遞動態顯影。
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(a)
Ethylene/Oxygen, Φ=1 5 cm
Δt = 20 μs
(b)
Ethylene/Oxygen, Φ=1
10% N
2dilution
5 cm Δt = 20 μs Ethylene/Oxygen, Φ=1
10% N
2dilution
5 cm Δt = 20 μs
(c)
Ethylene/Oxygen, Φ=1
20% N
2dilution
5 cm Δt = 20 μs Ethylene/Oxygen, Φ=1
20% N
2dilution
5 cm Δt = 20 μs
(d)
Ethylene/Oxygen, Φ=1
30% N
2dilution
5 cm Δt = 50 μs Ethylene/Oxygen, Φ=1
30% N
2dilution
5 cm Δt = 50 μs
圖 5-8 不同氮氣稀釋比例(a) 無稀釋氣體 (b) 10 %氮氣稀釋(c) 20 %氮氣 稀釋 (d) 30%氮氣稀釋下，於化學當量之亮度強化後乙烯/氧氣焰傳遞動
態顯影。
108
火焰震盪現象在圖 5-8中30 %高稀釋比例特別顯著，火焰在離開點 火點後起使兩側接近似對稱，但隨即產生一端火焰加速現象，並同時減 緩另一側火焰傳遞速度。加速火焰並不會持續產生加速，而是發生快速 減速現象，並形成倒退或靜止。當火焰靜止之後，火焰所產生的光點則 逐漸消失。而另外一側火焰則由原本的減速過程，轉變成持續的加速，
並且產生DDT。DDT所產生的反射震波則會通過點火點，並重新引燃原 本熄焰端的火焰，並發生DDT現象。
稀釋氣體濃度在不同火焰位置之火焰速度變化，如圖 5-9、圖 5-10 及圖 5-11。在圖 5-9在10 %稀釋濃度下，火焰在出點火點區域，維持低 速傳遞區間較無稀釋條件長。在加速產生DDT過程，不再如無稀釋條件 下線性的速度增加，火焰接近已燃氣體音速有較為明顯的加速減緩趨 勢。兩側火焰均會發生此現象，但並非相當對稱的速度分布。但速度減 緩之後，均立即進入DDT階段。
圖 5-9 氮氣稀釋10 %，化學當量乙烯/氧氣焰傳遞速度隨位置化。
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圖 5-10 氮氣稀釋20 %，化學當量乙烯/氧氣焰傳遞速度隨位置變化。
圖 5-11 氮氣稀釋30 %，化學當量乙烯/氧氣焰傳遞速度隨位置變化。
110
稀釋比提高到20 %，火焰減緩趨勢更加明顯，由圖 5-10所示。部分 案例中火焰傳遞速度接近1000 m/s條件，速度減緩更加明顯，在出點火位 置的停留距離有增加趨勢。在更高的30 %稀釋比的圖 5-11，因受到火焰
111
火焰消失前有較大的減速度發生。由火焰傳遞速度分布可知，火焰消失 現象在兩端火焰傳遞過程均有發生，產生不連續的速度分布。總結不同 稀釋比例的速度分佈，稀釋比例的提高將會使火焰產生震盪的現象，DDT 發生距離及時間均隨稀釋比例增加而延長。
圖 5-12 氮氣稀釋10 %，化學當量乙烯/氧氣焰傳遞速度隨時間變化。
(上圖為左側火焰速度分布，下圖為右側火焰速度分布)
112
圖 5-13 氮氣稀釋20 %，化學當量乙烯/氧氣焰傳遞速度隨時間變化。
圖 5-14 氮氣稀釋30 %，化學當量乙烯/氧氣焰傳遞速度隨時間變化
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圖 5-15 氮氣稀釋10 %，化學當量乙烯/氧氣焰加速度隨時間變化。
圖 5-16 氮氣稀釋20 %，化學當量乙烯/氧氣焰加速度隨時間變化。
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圖 5-17 氮氣稀釋30 %，化學當量乙烯/氧氣傳遞加速度隨時間變化。
圖 5-18 氮氣稀釋比20 %，比較圖 4-48模擬與圖 5-10實驗化學當量乙烯 /氧氣傳遞速度隨位置變化。
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圖 5-19 氮氣稀釋比20 %，比較圖 4-49模擬與圖 5-13實驗化學當量乙烯 /氧氣傳遞速度隨時間變化。
圖 5-18為圖 4-48三種點火方式於絕熱壁面中傳遞速度分布與圖 5-10實驗結果之比較。模擬計算管槽長為10 cm。於傳遞速度隨距離變化 上，實驗中低速火焰持續較長，模擬中火焰點燃後則隨傳遞距離增加而 提升速度。因此模擬所解析火焰DDT距離比實際距離短5 cm以上，實際 火焰於加速過程也有較長的加速距離。模擬所解析的火焰傳遞過程中，
緩燃焰所累積的壓力足以發生局部爆炸，即生成爆震焰。而就實際火焰 傳遞過程，其速度提升為逐步增加，推測火焰產生爆震焰前可能會先進 入傳遞速度較高的不穩定態，再形成爆震波。圖 5-19比較模擬與實驗所 得時間對應火焰速度分布。實際火焰傳遞於速度上會產生些微的震盪，
數值上火焰除了加速減緩，速度均持續的提升。由於實驗所使用的點火 方式為高壓跳火，跳火瞬間於點火點區域產生大量的自由基，因此實際 火焰傳遞過程與面點火過程較為相近。實際上模擬及實驗兩者點火方式
116 圖 5-24顯示二氧化碳稀釋下，單側火焰有可能進入接近1500 m/s的傳遞 模態，形成兩端火焰以不同速度進行傳遞。