Analysis and Measurements of Engine Heat Transfer(III)

本計畫是"引擎熱傳分析與量測"的第三年研 究計畫.引擎熱傳分析與量測的工作預計以三 年的時間來進行,總計畫目標是:(1)建立火燄與 缸壁間熱傳的基本理論模式,並在定容燃燒室 中以實驗驗證此模式的正確性;(2)實際量測機 車引擎在各種不同運轉狀況下的熱傳量,以建 立機車引擎基本熱傳數據,並探討活塞與汽缸 耐磨塗層對引擎熱傳特性之影響.在第一年計 畫中已完成工作包括:(1)設計並建立定容燃燒 室之實驗系統;(2)建立定容燃燒室燃燒熱傳之 基本模式.而在第二年計畫中已完成及預期完 成之工作包括:(1)進行定容燃燒室中預混火燄 之熱傳量測;(2)進行定容燃燒室中預混火燄之 熱傳計算,並與量測值比較;(3)建立引擎熱傳量 測之實驗系統.在本計畫中擬進行的工作主要 有兩項:第一項是繼續進行定容燃燒室熱傳量 測與計算.除了對溫度、壓力、空氣燃油比例及燃料等之參數進行一般性之驗證外,將特別 針對紊流程度的影響進行較詳盡的研究.在計 算火燄與缸壁間熱傳方面,也將包括探討定容 室中紊流火燄燃燒之熱傳模式.第二項工作是 建立機車引擎的基本熱傳數據,並進行加上耐 磨塗層之機車引擎熱傳量測.過去有關實際引 擎的熱傳量測進行很多,但以柴油引擎為主,機 車引擎的數據則十分缺乏.而國內因機動車輛 以機車為主,故建立這方面的基本數據應是很 有價值.至於耐磨塗層對機車引擎熱傳影響的 量測則將與國內廠商合作進行

Simulation and Control of Gasturbine Jet Engines(III)

本計畫是"渦輪噴射引擎之模擬與控制"第三 年計畫.整個三年計畫的目的是建立航空用渦 輪噴射引擎的控制技術,而預計在三年內達成 的目標則是完成引擎控制技術發展的第一階段 ,即控制器與引擎非線性模式間的全數位電腦 模擬.第一年計畫的研究工作是以建立引擎及 主燃油伺服閥的穩態與動態模式為主,主要完 成的工作包括單軸式渦輪噴射引擎(J-85引擎)及 雙軸式渦輪扇引擎(F100引擎)的穩態性能計算、 非線性模式推導及線性化模式計算:主燃油伺 服閥動態模式推導與模擬計算及各致動器動態 模式之推導.而第二年計畫則以探討渦輪噴射 引擎的控制設計問題為主,並以兩種不同的設 計理念來進行探討:(1)利用線性近似技巧,對此 非線性系統在不同運轉點的線性近似系統作控 制設計;(2)針對此非線性系統,利用智慧型控制 方式作控制設計,包括模糊控制及類神經網路 控制.本計畫是第三年計畫,將以第一年所推導的引擎與伺服閥模式及第二年所探討的各種不 同的控制器設計方法為基礎,來進行控制器與 引擎之整合,以達成設定目標,即控制器與引擎 非線性模式間的全數位電腦模擬.主要的工作 包括(1)改進引擎及主燃油伺服閥動態模式,方 向有二:a.是增加模式的複雜度,使動態模擬更 準確;b.是簡化模式,以提高模擬計算的速度;(2) 擴展引擎控制器之設計由單一操作點到引擎全 操作區域各操作點,同時進行各種不同控制器 設計方法的比較,包括線性的LQR法與KQ法及非線 性的模糊控制與類神經網路控制;(3)進行引擎 與控制器間之系統整合,包括模擬軟體模組化 、介面模組之發展及各模組之整合與測試.預計在第三年計畫完成之後,能建立控制器與引 擎非線性模式間的全數位電腦模擬,完成引擎 控制技術發展的第一階段,並經由本計畫之執 行,對渦輪噴射引擎之特性有更深入之了解,對 國內航空工業技術提昇及國人自製引擎控制器 設計能力有所幫助

以排氣廢熱來進行甲醇重組的富氫燃料引擎可行性探討

氫氣是未來車輛重要的動力來源之ㄧ，除了燃料電池之外，直接使用氫氣為燃料的氫氣引擎也是重要的應用，目前已有量產化的產品。富氫引擎是將氫氣作為添加劑，配合現有的燃料在內燃機引擎使用上，將會是從汽油引擎轉換為氫氣引擎的中間產品。富氫引擎利用氫氣易燃的特性，可以在稀薄的情況下穩定運轉，不僅耗油較少，污染排放也較低。本研究主要是進行富氫引擎性能的探討，本計劃的特色是結合甲醇重組的技術與富氫引擎的技術，利用引擎排氣的廢熱來重組產生氫氣，再將所產生的氫氣與汽油混合，作為引擎的燃料。這種作法的好處是利用一方面利用廢熱回收，一方面利用氫氣稀薄燃燒的特性，可以有效提高引擎的整體熱效率。本計劃的工作主要包括三項，分別為模擬重組氣引擎測試，排氣加熱式重組器設計與製作，與重組器的引擎測試。在模擬重組氣引擎測試的項目上，將建立引擎實驗平台，預計完成引擎在不同轉速與負載下，最適當的重組氣與汽油的比例，一方面仍能維持引擎穩定運轉，一方面引擎油耗與污染都有改善。在排氣加熱式重組器設計與製作方面，預計完成陣列式重組器的製作，利用引擎排氣廢熱來進行重組，此外，並將執行基本的重組氣性能量測，包括轉換效率，能源效率，氫氣產生率等。在重組器引擎測試方面，將結合第一部份與第二部份的成果，進行引擎測試，並進行整體能源效率量測，以評估本系統的成效。Hydrogen would become one of the most important power sources for vehicles in thefuture. In addition to the fuel cell applications, the use of hydrogen as a direct fuel forinternal combustions would also play an important role for the application of hydrogenenergy. The hydrogen rich engine uses hydrogen as an additive to the traditional gasoline,and will be the intermediate product in the transition from gasoline engine to hydrogenengine.The hydrogen rich engine takes advantage of the lean combustion characteristic ofhydrogen and reveals an improvement in fuel economy as well as pollutants reduction. Theobjective of this project is to investigate the performance of hydrogen rich engine with thecharacteristic that the hydrogen is provided with a methanol reformer heated by the exhaustof engine. There will be twofold in improving energy efficiency. The first one is thatexhaust energy is recovered, and the heating value of resulting reformulate gas is higher thanthe original fuel. The second is that the engine can run at very lean condition such that heatloss is reduced and thermal efficiency is raised.Three items of work will be conducted. The first one is to establish an engine testingbench, and carry out measurements of engine performance with simulated reformulate gas.The mixture ratio will be determined for different engine speed and load for optimum valueof fuel consumption while engine can be operated smoothly. The second one is to designand fabricate a methanol reformer which is heated by the engine exhaust. The performanceof the reformer, such as conversion efficiency, energy utilization efficiency, and hydrogenyield rate, will also be evaluated. The third one is to integrate the first part and the secondpart to establish a complete system which can run on its own

Calculation and Measurement of Engine Performance and Exhaust Noise(I)

本計畫是為期三年的整合型計畫的一個子 計畫,整個三年計畫的總目標是建立機車引擎 排氣系統設計之能力,預計達到的要求是降低 引擎排氣噪音,同時又能保持引擎性能.而在三 年之內整個總計畫要完成的工作項目則包括: (1).bcdot.建立機車引擎排氣系統之工程設計準 則.(2).bcdot.發展分析機車引擎排氣噪音之軟體 工具.(3).bcdot.完成目標引擎排氣管之雛型品 (Prototype),能有效降低目標引擎的排氣噪音,同 時又能維持引擎性能.而本計畫的目標則是以 一維非穩態可壓縮流理論模式來進行機車引擎 的循環模擬分析及排氣噪音計算.本計畫是第 一年計畫,主要工作有三項:一為發展二行程引 擎循環模擬分析模式,包括燃燒速度模式,驅氣 模式,及簧片閥模式;二為發展排氣管與消音器 一維非穩態可壓縮流理論模式,包括加入路徑 線,考慮壁面摩擦,熱傳,及高溫氣體流動,以及 考慮具突出管膨脹室及側孔管等較複雜消音器 ;三為建立引擎與排氣噪音測試設備,包括引擎 動力計安裝,壓力與流速量測設備建立