過氧化氫對甲烷預混火焰之影響

國立成功大學

邁向頂尖大學計畫出國案報告書

報告名稱：過氧化氫對甲烷預混火焰之影響

出國期間：自 100 年 7 月 24 日至 100 年 7 月 29 日

經費來源：邁向頂尖大學計畫經費

單位：航空太空學系

職稱：博士後研究

姓名：李約亨

聯絡電話： (06)234-5291

審

核

欄

系、所、科、

中心、組等主管 院、處、館、室、

中心等主管 頂尖辦公室

國際化組 校 長

中華民國 100 年 8 月 10 日

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摘要

本研究之初期目標是以提升高濃度過氧化氫純化技術，探討在不同濃度下，過 氧化氫作為燃料添加劑或氧化劑對貧油燃燒特性之影響，利用 CHEMKIN Collection 軟體結合 GRI-Mech 3.0 完整化學反應機構，探討添加過氧化氫對化學 反應路徑、層流燃燒速度、火焰結構及污染生成之影響，以瞭解過氧化氫燃燒之 關鍵特性並建立完整數據資料庫。應用過氧化氫作為燃料添加劑或氧化劑短期不 但可達到節省能源、降低污染及現址二氧化碳捕捉的目標，長期而言亦可作為將 來無碳能源燃燒系統之轉換策略。

Abstract

The use of hydrogen peroxide addition to achieve sub-lean limit combustion could be a short term solution to the immediate need for CO2 and NOx reductions, and provides a transitional strategy to a carbon free energy system in the future. The final goal is to replace the present combustion system with hydrogen peroxide assisted sub- lean limit combustion for energy savings and pollutant reductions. However, the applications of hydrogen peroxide assisted sub-lean limit combustion to practical combustion systems strongly rely on fundamental understanding of the characteristics of hydrogen peroxide combustion. The main focus of the present proposal is to thoroughly investigate the detailed chemical kinetics, flame stability limits, flame structures, and pollutant formation mechanisms of hydrogen peroxide assisted lean combustion through experimental investigations and numerical simulations.

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目次

目錄

一、目的...4

二、過程...4

三、參加會議心得與建議...8

四、攜回資料...8

一、目的

今年會議由美國加州大學爾灣分校(University of California at Irvine)Prof. D.

Dunn-Rankin 與其同仁團隊於校內 Student Center 中的會議中心主辦，會議於西 元2011 年 7 月 24 日至 7 月 29 日舉行。此會議歷史悠久今年與邁入第 46 年，此 會議是設於西雅圖的爆炸與反應系統動力學會(Institute of Dynamics of Explosion and Reactive Systems, IDERS)每兩年於世界各地定期主辦，偏重於燃燒之流體動 態 影 響 方 面 之 專 家 會 議(A Specialist Meeting on the Fluid-Dynamic Aspects of Combustion)，是國際上有關是爆炸、爆震、反應動力與動態燃燒反應界歷史悠久 最主要的國際會議也是兩年一次重要的聚會。此會議的特色在於強調在輕鬆緩慢 步調下在各種休息時間充分討論交換心得建立友誼，所以參加此會議的人都可 感覺到輕鬆愉快的度假學習的氣氛，這是這個會議吸引人的地方，也是一直維 持這個規模原因。今年研討會參加的人數創記錄大幅增加到約三百五十人左右來 自26 個不同的國家，其中 224 篇論文以口述發表(其中包含 168 篇一般口述發 表與56 篇特別主題場次論文口述發表)，105 篇以海報發表(含 80 篇一般海報與 25 篇進行中海報(work-in-progress poster, WIPP)) ，可見其規模之完整以及普受 重視。

二、過程

由於恐怖主義後美國簽證趨於相當保守，由於此次會議的名稱比較敏感，

申請簽證都或多或少遇到困難，在最後一秒鐘才拿到簽證趕上飛機的事情時有 所聞，到會議場所才聽到一些人在歐美國家也沒有拿到簽證而無法參加，幸好 我們提早申請，都拿到簽證順利成行，雖然有些只拿到單次簽證。提前於 7 月 23 日傍晚出發時差的關係於當天下午抵達美國洛杉磯市(Los Angeles)，證件查

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驗與進關就花費兩個多小時的時間，隨即搭車進到爾灣市(Irvine)，進到學校發 現一點都沒有辦國際研討會的資訊，路上也幾乎看不到標示，找到學校宿舍辦 公室，登記拿鑰匙後找到宿舍時，先安頓下來在一起去找地方吃晚餐，後休息 等第二天辦理報到手續。這次參與會議的國內學者包括成功大學航太所趙怡欽特 聘教授、中央大學機械系施聖洋教授、成大機械系吳明勳教授、台大機械系潘國 隆教授、中原大學鄧治東教授、高苑科技大學光電系吳志勇教授與高苑科大機械 系蔡欣倫教授；另外還有成功大學航太所博士後李約亨博士以及成功大學航太 所博士研究生連永昇、許耀中、陳坤禾與伍芳嫺以及國防大學博士生羅四維，共 13 人，發表 20 篇論文，陣容算相當龐大。

7 月 25 日上午 8:30 開幕儀式，由地主 UC Irvine 工學院院長與大會 IDERS 理事長致詞後，趙怡欽教授隨即上台報告整個論文與議程籌備經過，此次論文 與議程主要有兩個不同以往特色: (1)正面鼓勵年輕學者的參予，包括參予學會 理監事、論文委員、審查委員、甚至場次主持等學會與會議活動，大會特別於星 期一會後安排一場演講指導年情學者如何有效投稿的知名期刊，會後大會安排 年輕學者與學生(老師與指導教授不准參加)到 Pub 晚會(Pub night)交流， (2)系 列特別主題場次(special topical sessions): 共有七個主題涵蓋 17 個場次，由星期 一到星期五，與正常場次平行，由一篇主題回顧(topical review)演講開始，強調 在針對主題的廣泛比較數據與深入討論。後隨即在9:10 開始大會的全員集合演 講(Plenary Lecture): Dynamics of Physical Explosion: A Tribute to Professor Boris Gelfand，紀念本會理事與蘇俄自然科學院院士 Prof. B. Gelfand 的貢獻。隨後開 始論文宣讀，此次會議之論文宣讀特別安排四個不同場地同時有三篇一般論文 與 一 個 特 別 主 題 論 文 同 時 發 表 ， 特 別 主 題 包 括: (S1)Toward a Better Understanding of Shock-tube Flows and Ignition Behaviors (Mon.) (Organized by:

Eric Petersen), (S2) Shock Induced Ignition (Mon.) (by: Eric Petersen), (S3)

Wen) (S4) Supercritical Combustion (Wed.) (by: H.-G. Sung) (S5) Detonation Analog (Thu.) (by; Andrew Higgins) (S6) Verification and Validation of Detonation Simulation (Thu.) (by: Matei Radulescu) (S7) Supersonic Combustion (Fri.) (by: J.-Y.

Choi and Vigor Yang)。一般論文其主題包含相當廣包括: (1)Accidental Explosions and Energetic Materials (2) Blow-off and Extinction (3)Chemical Kinetics and Reaction Dynamics (4)Criticality of Diffusion Flames (5)DDT (6) Detonation and High speed Flames: Applications (7) Detonation Cellular Structure (8) Detonation Dynamics and Structure (9) Detonation Front Structure (10) Detonation Initiation and Transmission (11) Detonation Limits and Engine (12) Detonation Propagation (13)Detonation Structure: General (14) Detonation with Confinement (15)Dynamics of Ignition (16)Electric Aspects of Combustion (17)Explosion and Blast (18)Flame Ignition and Quenching (19)Flame Instability and Acceleration (20)Flames Structures (21)Gas Turbine Combustors (22)Heterogeneous (23)High Speed Flames (24)Hydrogen Combustion (25)Laminar Flame Speeds (26)Laser Diagnostics (27)Meso-scale combustion (28)Multiphase Detonation (29)Multiphase Reactive System (30)Numerical Development (31)Premixed Flames (32)Premixed Flames Structures (33)Reacting Flow Dynamics (34)Shock Induced Combustion and Detonation (35)Turbulent Non-Premixed and Stratified Flames (36)Turbulent Premixed Flames。本實驗室共發表四篇口述發表論文分別是:(1) “Characteristics of Laminar Premixed H2/CO/CH4/Air Opposed-Jet Flames (Mon. 10:25) (2) Effects of Hydrogen Peroxide on Methane Premixed Flames (Mon. 12:10) (3) A Stable Premixed Methane/Air Sub-Lean Flame Stabilized by Lean Sandwich Flames (Wed.

09:10) (4)Effect of Catalyst Segmentation with Cavities on Combustion Enhancement of Multi-Fuels in a Micro Channel (Fri. 10:45)分別由博士生連永昇、李約亨博士、

林河川博士與博士生伍芳嫺代表主講，獲與會聽眾熱烈迴響建議與交流，另外

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星期二與星期四還有四篇海報於當天海報場次(poster session)發表。7 月 25 日晚 間的Young Researcher Clubbing 在 Student Center 的 UCI bar 舉辦，當晚與年輕 學者，包括日本、韓國、德國與印度多有交流，討論各國對於學術發展的鼓勵與 瓶頸，與每個人的研究專長與未來遠景，這一個活動是ICDERS 會議中新增的，

對於我們後進的交流有實質幫助。

7 月 27 日下午例行慣例星期三為大會出遊(Excursion)日，本次主要是到離 Irvine 約 40 分鐘車程的 Dana Point 海灘戲水遊玩，Dana Point 海灘是美國沿岸 海灘唯一核准販酒的海邊餐廳，在溫暖的加州陽光下，有人在游泳、衝浪、釣魚 海灘也有人在打沙灘排球、踢足球，大會安排烤肉、沙拉、與啤酒葡萄酒供應、在 酒足飯飽之餘更有原住民族的音樂舞蹈與雜耍表演，無不展現主辦單位的用心。

7 月 28 日的晚宴以圓桌自助餐的方式進行，晚宴中理事長宣佈下屆 2013 年 會議將在台灣舉行。中間休息恢復晚宴後，開始頒獎儀式，為酬謝趙欽教授辛苦 籌辦此次的大會論文與議程(program)，理事長與主辦單位特別頒予一份獎狀證 書，理事長也特別從義大利拿玻里帶來當地特別的世界著名的手工製作的領帶，

此外理事長也頒獎給今年的AK Oppenheim 獎得主 Stanford 大學教授 Prof. R.

Hanson，以及 Solokhin 獎的法國得主因故無法出席由友人代領並代為宣讀感謝 函，晚會在酒酣耳熱氣氛融洽之際結束。

7 月 29 日上午有博士生伍芳嫺的論文發表，午餐後稍事休息，下午大會已 進入尾聲，下午人數明顯變少，下午4:30 結束所有議程，5:00 舉行歡送晚會，

並與主辦Prof. Derek Dunn Rankin 以及其實驗室學生等人合影留念，隔日 7 月 30 日前往聖地亞哥 (San Diego)參加為期四天的第四十七屆 AIAA 與第九屆 IECEC 會 議 ， 並 於 8 月 3 日 口 頭 報 告 “ A tubular-flame combustor for thermophotovoltaic power systems”，並於 8 月 6 日下午三點前往洛杉磯搭乘飛機 直飛桃園機場，於8 月 7 日晚間 10:00 到達，出關後搭統聯回台南。

三、參加會議心得與建議

藉由燃燒學會在燃燒與爆震方面多年努力灌溉耕耘已漸漸開花結果，受到 國際重視，此次能順利爭取到下一界ICDERS 在台灣主辦，象徵台灣在這方面 的努力與成就受到國際的肯定與重視，同時也顯示我們多年主動參予學會活動 與運作，與學會以及理監事保持良好關係，所以此次與大陸爭取能順利拿下會 議主辦權，也是多年努力的結果，值得大家一起共同高興，也展開共同努力辦 好2013 年會議的目標。

此次我國計有 20 篇論文發表及 13 位學者與研究人員參加，陣容表現受到 注目，論文發表表現平順，本次論文投稿量與與會人數明顯優於韓國。成大利用 教育部五年五百億經費，其中部份用來補助博士後與博士班學生出國參加研討 會發表論文，學生參予國際會議與國際大師共聚ㄧ堂聆聽大師專題演講與同儕 論文發表，可以磨練其理論背景與語文能力，熟悉論文發表程序以及現今研發 趨勢，增進其經驗，對於新的研究議題評估與技術的吸收與揣摩，對一位從事 研究的學者與專家，是不可或缺的難得的經驗與能力，所以個人認為應該在經 費補助與管道上多多鼓勵博士後研究員以及學生參加國際性研討會，絕對有助 於培養獨立研究的人才，並與世界研究趨勢接軌。

四、攜回資料

會議之論文光碟：其中包含所有口頭發表論文與海報論文，可供查詢此次 研討會所發表論文之查詢；另外有最近會議資訊海報，以及最新的相關儀器與 出版型錄等資料。

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