實驗室成員

【2023】參加國際會議: 2023 IEEE International Conference on Aerospace Electronics and Remote Sensing Technology， 地點: 峇厘島，印尼

Relation Analysis of the Thrust Efficiency and Other Parameters of Pulsed Plasma Thrusters 【口頭報告】

【2022】參加國際會議: 6th Southeast Aisa Workshop on Aerospace Engineering， 地點: 胡志明市，越南

Relation Analysis of the Thrust Efficiency and Other Parameters of Pulsed Plasma Thrusters 【線上口頭報告】

【2023】航太碩士論文

應用法拉第杯與維恩過濾器之霍爾推進器尾焰診測系統開發

The Development of a Real-Tine Plasma-Diagnosed Platform Applied with Faraday Cup and Wien Filter for Hall Effect Thruster

Due to the high specific impulse of electric propulsion systems, they are commonly utilized and tested in geostationary satellites. However, the presence of high-speed particles in plasma plumes (such as Xenon or Krypton plasma) can cause erosion of the satellite surface and release contaminants that may damage delicate instruments and solar panel arrays. As a result, numerous studies have emerged to investigate the physical characteristics of thruster plumes, including the Hall effect thruster (HET), which generates plasma in a concentric layer. In this type of thruster, the fuel inlet serves as the positive electrode, and an electron source is positioned outside the thruster. Electrons emitted by the electron source are drawn into the thruster cavity by the electric field, and a magnet located on the outer side of the cavity deflects the electrons towards the axis, inducing rotation and generating Hall current. The ionized fuel entering the thruster due to collisions with these electrons is accelerated by the electric field created by the positive electrode and electron source, resulting in thrust. The expansion of the plume is particularly pronounced in the case of the Hall effect thruster, as the ionized fuel is ejected after colliding with the backflowing electrons. Hence, the objective of this study is to develop a fully automated plasma plume characterization system that integrates a Faraday cup and Wien filter to measure the ion flux density and ion kinetic energy of the thruster plume. This system will process the current and bias signals and display real-time results on a human-machine interface, significantly reducing the time required for thruster plume diagnosis and providing an improved experimental platform for the development and optimization of Hall effect thrusters.

【2023】參加國際會議: 14th Asia-Pacific Conference on Combustion， 地點: 高雄，臺灣

Study on Combustion Characteristic and Performance Optimization of Hydrocarbon Premixed Flames in Stainless Steel-Platinum Segmentation Reactor  【口頭報告】

【2022】參加國際會議: 6th Southeast Aisa Workshop on Aerospace Engineering， 地點: 胡志明市，越南

A Novel Low-Power Cylindrical Hall Thruster with Tungsten Filament Cathode 【線上口頭報告】

【2023】參加國際會議: 2023 IEEE International Conference on Aerospace Electronics and Remote Sensing Technology， 地點: 峇厘島，印尼

Development of Heaterless Hollow Cathode for Low-Power Hall Thruster 【口頭報告】

【2023】獲並列電極陣列式真空陰極電弧推進器之臺灣專利【I793624】

【2022】獲真空陰極電弧誘發脈衝式推進器之臺灣專利【I778706】、日本專利【7129074】、美國專利

【2021】能源國際碩士論文

真空陰極電弧誘發脈衝電漿推進器之研發

The Development of Vacuum Arc Cathode Induced Pulsed Plasma Thruster

由於電漿技術的快速發展，各種電力推進裝置應運而生，以滿足不同任務微衛星的需求。其中，脈衝式電漿推進器 (PPT) 在當今蓬勃發展的太空工業中獲得廣泛地應用，但碳沉積（阻礙其放電）的機制與問題相對未得深入探討，也幾乎沒有得到有效的解決方案。本文研究兩種電力推進系統—真空陰極電弧推進器（VCAT 或 VAT）和 PPT，取其優點進而提出創新的組合。本研究的重點是如何利用這兩種推進器的優勢並將它們用於 3U 或更小的立方衛星。所有特性和參數都進行了分類和量化，以確定新的組合—真空陰極電弧誘發脈衝式電漿推進器(簡稱VAI-PPT)，並將當前的設計進行優化。研究證實VCAT可以替代原本PPT的點火器，縮小推進器的總體積。此外，鐵氟龍 (PTFE) 可視為取代絕緣層之介電材料同時又可作為推進劑取代石墨層。另一個重要發現是推進器的效率在很大程度上是取決於電源系統的電容。根據多種可靠的診斷系統，本研究所提出的 VAI-PPT 可以完成 1500 ~ 3000 秒的比衝範圍。在輸入能量為20 J的情況下， impulse bit理論上可達到760 μNs，這將會是作為太空探索立方衛星的推進系統之高潛力選擇。

【2019】參加國際會議: 4th Southeast Aisa Workshop on Aerospace Engineering ， 地點: 吉隆坡，馬來西亞

Effect of Segment Electrodes on the Thruster Improvement of Pulsed Plasma Thruster System 【口頭報告】

【2023】參加國際會議: 14th Asia-Pacific Conference on Combustion， 地點: 高雄，臺灣

Single Pellet Combustion of Torrefied Elephant Dung 【口頭報告】

【2020】參加30th National Conference on Combustion and Energy會議， 臺中，臺灣

Employing Sequential Sampling Method to Construct Surrogate Model for Optimization of Biomass Torrefaction 【海報競賽，獲佳作】

【2020】航太碩士論文

以代理模型與序列式建模優化生質料焙燒條件

Using sequential sampling method to construct a surrogate model for optimization on torrefaction of biomass

本研究之目的在於利用Kriging代理模型與序列式建模優化生質料焙燒條件，並與田口法結果進行比較。生質料選用棕梠空果串(empty fruit bunch, EFB)與棕梠空果殼(palm kernel shell, PKS)，在四種焙燒條件下取得生質碳(biochar) 並計算PA指標。PA指標是以近似分析所建立的一項指標，其值大小反映出生質物的可燃性。透過代理模型與序列式建模以最少的實驗次數找出最大PA指標的焙燒條件。EFB的案例中表明代理模型對實驗次數的需求確實可以少於田口法所需之次數，但因其PA指標與參數之間呈現線性關係，極值坐落於參數範圍的上下限，以田口法優化EFB案例也可找到全域最佳條件。在PKS的案例中即可看出代理模型的優化結果可保證是全域最佳解，若以田口法依相同實驗次數設計等距的因子水準，即會出現田口法的優化結果是區域最佳解，田口法要找到相似於代理模型的最佳條件則需要多於代理模型所需的實驗次數。

【2018】獲科技部107年度-補助國內研究生出席國際學術會議: 10th Int'l Conference on Applied Energy，香港，中國

Combustion Behavior of Australian Coal Blended with Torrefied Alee Trees 【口頭報告】

【2021】航太碩士論文

應用於立方衛星的感應耦合電漿源射頻離子微引擎之研發

Development of a Miniature Radio-Frequency Ion Engine with Inductively Coupled Plasma (ICP) Source for Cube Satellite Propulsion

 In this study, the inductively coupled plasma (ICP) has been applied as an ion source. This ICP source can provide high-density plasma within a high propellant utilization efficiency and low power consumption. A 13.56 Mega-Hertz in the radio-frequency (RF) band is used to operate an ion thruster in space applications. The ICP source was induced by a high-frequency electromagnetic field by supplying argon propellant gas into the RF ion thruster at a low gas pressure condition. The ions were accelerated in the various electrostatic field with the potential bias to form the ion beam. Furthermore, SIMION software is employed to simulate the trajectory and the distribution of the ion beam. To provide a steady thrust, the installation of the neutralizer, which emitted the electron, is necessary to integrate downstream of the thruster.

In the experiment, the miniature ion thruster was tested under a vacuum environment with a background pressure of 10^-5 (torr). The 59 μg/s mass flow rate of the argon gas was injected into the discharge chamber. The discharge chamber is made by a quartz tube with 7 cm in length and 38 mm in diameter. Two ignition wires are mounted into the tube upstream of the discharge chamber. The gas feedthrough is installed between the two wires and connected to a flowmeter in the same place. The RF power passed through an impedance matching network into a solenoid coil surrounding the chamber.

An RF circuit was designed by generating the high-frequency signal with a multi-states integrated circuit(IC) in this study. However, the power amplifier of the circuit must connect to the impedance matching network for transferring efficient power into the solenoid coil. Otherwise, it may cause the power reflection to endanger the RF-generated circuit.

Ultimately, a Langmuir probe was utilized to measure the electron temperature and plasma density. A Faraday cup was used to determine the ion current of the ion thruster. Eventually, the parameters of the ICP ion source and the performance of the ion beam will be evaluated by the measurement systems. Eventually, the miniature RF ion thruster performance can provide 1100－1840 seconds of specific impulse and 7.1－14.6mN of thrust under 80W total input power. The thruster efficiency can achieve 90%, while the mass utilization efficiency fulfills 10.7－18%. In conclusion, the miniature radio-frequency ion thruster is a promising candidate for the electric thrust system of Cube Satellite missions.

【2023】參加國際會議: 29th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems， 地點: 京畿道，韓國

Effects of Hydrogen Addition on the Preheating Zone and Soot Generation of Ethylene/Air/Nitrogen Inversed Diffusion Flames【海報報告】

【2023】獲2022中華民國燃燒學會碩博論文獎【佳作】

【2023】參加國際會議: 11th European Combustion Meeting， 地點: 盧昂，法國

Effects of N2O Decomposition on Soot Generation of Ethylene/Air/Nitrogen Inversed-Diffusion Flames by Detecting LII Signals 【海報報告】

【2022】航太碩士論文

氫氣對乙烯/空氣/氮氣反擴散火焰之熱釋放區與煙粒產生之效應

Effects of Hydrogen Addition on the Heat Zone and Soot Generation of Ethylene/Air /Nitrogen Inversed-Diffusion Flames

由於工業的快速發展，伴隨而來是嚴重的環境汙染問題。煙煤是不完全燃燒狀態下的產物，不只會危害人類還會促使地球暖化。本研究探討了氫氣添加對於三環逆擴散火焰內的煙煤生成及預熱區的分佈影響。燃料油依稀和氫氣的混合物所組成，氧化劑為33%氧氣和67%氮氣組成。接著採用了雷射誘導白熾光(LII) 和平面誘導螢光 (PLIF)技術以檢測Soot與甲醛的分佈。此外，C₂^*和CH^*化學激發螢光訊號也被訊號增強相機檢測。氫氣濃度依體積比例從0%增加到20%，而氧化劑流量固定。結果表明，CH*和C2*化學發光強度隨著氫氣添加量量上升而減少並表明了煙煤形成分佈與火焰預熱區的關係。這些數據將有助於進一步的發展煙煤生成計算模型建立和熱釋放率的計算。 最後，結果表明LII的信號通量在加了20%氫氣候下降了60.6%，並且煙煤分佈與甲醛分佈有高度的相依關係。

【2022】參加國際會議: 6th Southeast Aisa Workshop on Aerospace Engineering， 地點: 胡志明市，越南

Effects of Hydrogen Addition on the Preheating Zone and Soot Generation of Ethylene/Air/Nitrogen Inversed-Diffusion Flames 【線上口頭報告】

【2022】獲台灣能永續能源創意實作競賽【佳作】

【2023】獲並列電極陣列式真空陰極電弧推進器之臺灣專利【I793624】

【2023】參加國際會議: 2023 IEEE International Conference on Aerospace Electronics and Remote Sensing Technology， 地點: 峇厘島，印尼

Design of the Faraday Cup for a Multi-layer Insulator Vacuum Arc Thruster Characterization 【口頭報告】

【2023】航太碩士論文

並列電極陣列式真空陰極電弧推進器之研發、設計與測試

The Developments, Design, and Demonstration of Vacuum Cathode Arc Thruster with Parallel Electrode Array

注於發展適用於立方衛星的電力推進系統。由於立方 衛星的體積較小、重量輕且所能提供的電力有限，因此本研究選擇真 空電弧推進器進行研發與改良。本研究提出新概念「並列電極陣列式 真空陰極電弧推進器」，該推進器具有多個推進單元組合而成，並且 預期可以由誘發電極放電誘發主電極放電。研究結果顯示新概念的推 進系統可以成功點火。該概念改善傳統真空電弧推進器因系統內的石 墨導電層重複附著而導致整體效率下降。此外，本研究亦提出「多層 絕緣層」取代傳統真空電弧推進器中的石墨層與絕緣體，該設計應用 II 「三結點(triple junction)」的物理現象，促使真空電弧推進器的點火更 為穩定。本研究也改善實驗室已發展的電感儲能裝置，包含改善電感 元件的飽和問題等等。此外，本研究也完成一快速法拉第杯並使用示 波器等量測儀器得到推進器的各項參數。 最後，本研究所製作的推進器的誘發電極每發的衝量可達 50.867[μN ∙ s]；比衝值可達 849.51 [s]；效率為 22.8%；推力功率比為 57.6 [ μN W ]。

【2022】參加國際會議: International Electric Propulsion Conference 2022， 地點: 波士頓，美國

Triple Langmuir Probe Diagnostics for Vacuum Arc Thruster with Multilayer Electrodes 【海報報告】

【2022】獲台灣能永續能源創意實作競賽【佳作】

【2021】參加國際會議: AIAA Propulsion and Energy Forum， 地點: 美國

Development of a New Concept Vacuum Arc Thruster with Multilayer Electrodes 【線上口頭報告】

【2023】能源國際碩士論文

低功率空心陰極綜合微離子推進器的研發

Development of Integrated Micro-Ion Thrusters with Low Power Hollow Cathode

The glow discharge hollow cathode demonstrated efficient operation at low DC power levels. With a current of 0.05 A, it exhibited a breakdown regime at approximately 800-930 V and sustained operation at 200-300 V. This indicates that the thruster requires less than 15W of power, which can be further reduced to below 10W by increasing the current supply. Moreover, glow discharge hollow cathodes offer a compact and robust design, enabling instant operation compared to other neutralizer cathodes.

The NCKU ZAP Lab's third-generation RF Ion Thruster incorporates several advancements, including the application of a gas distributor and a redesign of the ion optics system. The gas distributor injects argon gas propellant near the ionizer wall, where the maximum induced electrical eddy field and discharge electron temperature occur. Additionally, the ion optics system has been redesigned by reducing the open area ratio and ensuring the periphery of the grid system remains free from borings. These modifications help maintain the inner pressure and address the issue of decreasing plasma density near the ionizer walls.

However, it is worth noting that the cathode insulator material, composed of Polytetrafluoroethylene (PTFE) and Polyether ether ketone (PEEK), presents challenges due to its low melting point. Thus, further material improvement and detailed measurements are necessary to gain a deeper understanding of the characteristics and performance of RF ion thrusters integrated with glow discharge hollow cathodes.

【2023】參加國際會議: 2023 IEEE International Conference on Aerospace Electronics and Remote Sensing Technology， 地點: 峇厘島，印尼

Design and Development of Prototype Low Power Discharge Hollow Cathode for Plasma Thruster 【口頭報告；最佳論文報告】

【2022】參加國內會議: 47th Conference on Theoretical and Applied Mechanics， 地點: 高雄，臺灣

Research on Natural Gas with Hydrogen Addition of Combustion Technology for Industrial Burners 【海報報告】

【2021】航太碩士論文

具有不同電極夾角的脈衝電將推進器的優化與性能量測

Optimization and Performance Measurements of the Pulsed Plasma Thruster with Various Electrode Angles

脈衝電漿推進器 (PPT) 是一種電力推進裝置，通過脈衝電流和感應磁場之間的相互作用加速電漿產生推力。它們是太空產業中仍在使用的最古老的太空推進技術之一。它們的小尺寸和低推進劑消耗使它們對微型衛星應用非常有吸引力，例如衛星位置之維持、高度控制甚至行星際任務。它們的設計簡單和低成本使它們在中小型太空產業和學術界中更具吸引力。越來越多的關注和發展為衛星推進提供了一個充滿希望的未來。今天，電力推進研究的重點是推進器設計的優化和推進器性能的提高。對此，本研究集中於具有可變電極角度（即對稱或非對稱張角）的 PPT 的優化和性能測量。已經研究了具有九種不同配置的三種不同電極角度，其中一種以其性能脫穎而出。

使用田口法是為了有限度地將 PPT 推進性能極大化，例如脈衝位和排氣速度，這邊以最少的實驗進行，減少到九種不同的配置。 Langmuir 三重探針用於測量電漿特性。這允許測量幾個 PPT 參數，例如脈衝位、排氣速度、電子溫度和電子密度。根據田口法的結果，確定了電極角度、放電能量和對稱性 對前面提到的四個參數的影響。

【2021】航太碩士論文

利用田口法進行雙極脈衝式電弧推進器之改進與優化

Performance Improvement and Optimization of a Dual-Stage Pulsed Plasma Thruster by Employing Taguchi Method

脈衝電漿推進器 (PPT) 係為電力推進系統之一，主要通過系統的脈衝電場和自感應磁場之間的相互作用，加速所誘發的電漿並產生推力。由於PPT的設計簡單、體積小、成本低，以及功耗低，因此PPT 是最具有潛力的電力推進器，應用於維持衛星高度和軌道控制等任務。然而， 針對PPT 的主要研究著重於推進劑的進料方式和電極形狀之優化。

主要影響PPT的推力效率為後期燒蝕 (Late-Time Ablation, 簡稱LTA)的損耗。實際消耗的推進劑中只有大約 40% 至 60% 用於電漿加速。在 2019 ~ 2021 年，本實驗室進行雙階段脈衝電漿推進器 (DSPPT)的性能優化。DSPPT的設計目的在於克服 LTA 現象。在優化部分，使用田口法對PPT的性能進行優化，討論主要影響參數以及進行系統優化。

在高真空條件下（10^-5 Torr），針對五個參數進行討論，分別為第一級電極的電壓、第二級電極的電壓、電極組之間的距離、電極的長度以及脈衝的頻率。放電電流測量以及使用朗繆爾三探針用於估計推進器脈衝位、電漿密度，和電漿速度。在16次的實驗組，獲得脈衝位、電漿密度和電漿速度的最大值分別為：1.36 μN∙s、5.88×10²² m³和18 506 m∙s^-1。並且發現第一階段電壓是影響脈衝位和電漿度最大的參數，然而電漿速度主要取決於電極的長度。此外，使用田口法獲得實驗參數的最佳參數值。

【2017】交換生實習報告

Development of Micro-Scale Pulsed Plasma Thruster for CubeSAT

CubeSATs are one of the fastest growing sectors in the soace industry, allowing for cheap access to space. ESA has funded a project involving Clyde Space Ltd, Mars Space Ltd and the university of Southampton to develop an adaptation of a two-stage PPT to perform drag compensation for a CubeSAT platform, with the aim of doubling the time needed for the CubeSAT to naturally de-orbit (hence doubling its lifetime). In this paper the mission requirements and the desifn process of this two-stage PPT will be presented.

【2018】航太碩士論文

雙階脈波式電漿推進系統

The Study of a Dual Stage Solid Propellant Pulsed Plasma Thruster

This study aims to present an approach to thruster performances along with different data settings in a Pulsed Plasma Thruster (PPT). It also gives an introduction to the design of different thrust stand operations in order to assess micro-Newton thrust. Based on different needs, present thrusters have to answer to a panel of satellite requirements. Therefore, the main purposes of this research were mostly focused on the evaluation of performances and two types of electrode configurations. PPT is one of the electric propulsion devices in which the plasma is accelerated by the interaction between pulse currents and magnetic fields to create a thrust. It is one of the most promising electric propulsion devices. As it is low cost, simple in design, light weight, and consumes less power, it has great advantages in altitude control and station keeping for small satellites. Its simple design makes research more concentrated on the main aspect: electrode geometry. A Dual Electrode Stage Solid Fed PPT (DESPPT) has been developed in order to set and test different possible energy efficiencies within one stage or two parallel electrode stages. A prototype has been tested under high vacuum conditions (~10^-5 torr). When the energy of the first stage was kept constant and the energy of the second stage was increased, a rise in total impulse bit was observed. The maximum total impulse bit of 72.35 µNs has been obtained with 25 J total energy with a fixed 24 mm electrode gap. This particular dual-stage regimen might verify assumptions made on the increase of exhaust velocity and total impulse bit due to the reuse of Late Time Ablation lost mass (LTA). Actually, a single electrode mode PPT only has ~60% of its ablated propellant which is used during a discharge process. 

【2022】航太碩士論文

應用陰極真空電弧觸發裝置於新型脈衝電漿推進器之研發

Development of a New Pulsed Plasma Thruster Triggered by a Cathode Vacuum Arc Init

Pulsed Plasma Thruster (PPT) is a form of electric propulsion in which the plasma is accelerated by the interaction between pulsed current and self-induced magnetic fields to create thrust. PPT is one of the most promising electric propulsive thrusters for small satellites. As it is a low cost, simple in design, lightweight, and is consuming less power, it has excellent advantages for altitude control and station keeping. Nowadays, research is more focused on main aspects: optimization in geometry and feeding methods. In the frame of this study, a new type of PPT has been designed. This thruster used a new modified feeding and ignition system called a vacuum arc ignitor (VAI). This ignitor creates a plasma using the same mechanism as a vacuum arc thruster (VAT). The advantage of using the VAI is that it avoids a late-time ablation that reduces thruster performance and lifetime.

  The thruster was tested in high vacuum conditions (7X10^-5 Torr) with different electrical configurations. The results showed that depending on the voltage applied on the PPT electrodes, and its behavior is affected. It has been shown that over 1500 V, the time difference between the ignition and the primary discharge becomes more stable and consistent and leads to an improvement of the thruster reliability. In addition, using a high-speed camera and discharge current measurement, some hypotheses were raised regarding the physical process involved during the VAI−PPT pulse. 

【2017】 獲科技部106年度-補助國內研究生出席國際學術會議: 世界再生能源會議 地點:伯斯，澳大利亞

【2017】 參加國際會議: 2017 Solar World Congress， 地點: 阿布達比，阿拉伯聯合大公國

The Study of Solar Combi-system Deployed in Aquatic Farm for Mitigating Hypothermia Damage Hypothermia Damage During Cold Stream Event 【口頭報告】

Cold stream causes the death of fish and prawn in an aquatic farm due to hypothermia, and in the meantime results in the financial losses. In order to mitigate the economic loss from climate-related disasters, the concept of solar collectors and heat pump (HP) combi-system is employed in the aquatic farm to prevent the hypothermia of aquatic creature by maintaining the appropriate water temperature. However, it is unpractical to heat and maintain the total water temperature of the aquatic farm. Accordingly, providing a localized and appropriate water temperature zone in the water pool is a plausible solution in terms of technical and economic aspects, and aquatic creature would instinctively aggregate in the “survival zone”.  In this study, there are two software engaged, TRNSYS and FLUENT, respectively. FLUENT is employed to simulate the 3D temperature condition of aquatic farm in the extreme weather, and examine the distribution of survival zone in terms of heating location and capacity. TRNSYS 17 is used to optimize the combination of solar collector and heat pump under the required heating capacity.

【專題主題】提升生活固態廢棄物於能源領域的應用

Since the industrial revolution, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere has been unprecedentedly rising. Burning of traditional fossil fuels for thermal and power generation results into the increase of greenhouse gases. In order to effectively mitigate carbon dioxide emissions, the strategy of partially replace coal burning with nearly zero carbon emissions biomass has become a trend globally. However, the fuel properties between raw materials and coal are very distinct. Torrefaction can effectively improve fuel grindability, hydrophobicity and heating value. In this study, Taguchi method was employed to find out the optimization parameters of Alee trees torrefaction process for maximizing energy yield, heating value and comprehensive combustion characteristics index (S Index). The results show that torrefaction can raise heating value and enhance the ability to combustion.

【2019】參加國際會議: 9th European Combustion Meeting， 地點: 里斯本，葡萄牙

Combustion Behavior of Torrefied Biochar with Different Constitution of Cellulose Hemicellulose and Lignin 【海報報告】 

【2022】參加國內會議: 47th Conference on Theoretical and Applied Mechanics， 地點: 高雄，臺灣

Study of Pulverized Coal Combustion Phenomena in Oblique Premixed Methane-Air Flames【海報報告】

【2023】工科碩士論文

回流區特性對斜向噴流燃燒器中粉煤燃燒效率的影響分析

Analysis of the Effect of Recirculation Zone Characteristics on the Combustion Efficiency of Pulverized Coal in Inclined Jet Burners

對於工業應用，燃燒器的結構主導了氣體燃料的混合與燃燒過程的效率，因此如何設計燃燒器，成為燃燒工業發展之重要課題。一個性能良好的燃燒器必須保證燃料與空氣能進行充分的混合。本研究提出了在撞擊式燃燒器上利用兩個斜向噴流甲烷/空氣預混火焰燃燒器和一個粉煤噴流進料器組成來實現潔淨高效燃燒的概念。本研究進行了粒子圖像測速、氣體分析儀、火焰溫度測量和電子顯微鏡進行實驗測量，以檢查甲烷 /空氣與不同比例、氣體燃料流速、偏轉角，以及不同粉煤/空氣進給流速的預混撞擊火焰的燃料混合和反應。
燃燒流場的速度及渦度分佈表明，兩股射流相互撞擊，會構築兩種流場結構，即碰撞區和回流區。在燃燒器上游的氣流中增加了動量傳遞，產生兩個主要的特點:1.形成預熱區2.加強燃料與空氣的混合。當粉煤顆粒進入燃燒器上游中會在回流區並使其滯留一段時間產生熱解反應，熱解是實現煤炭清潔高效利用的重要途徑，粉煤因為熱解過程中顆粒內部溫度梯度增加的熱壓力使大顆粒傾向於破碎成小塊，其中溫度是決定工藝程度的最大影響參數，高溫會使粉煤劇烈裂解，有利於提高揮發產出，例如甲烷和一氧化碳等，而這些可燃氣體會於下游的對衝火焰區進行燃燒。理論上，此燃燒器可以實現潔淨且穩定的粉煤燃燒。
為了驗證所提出的斜向噴流燃燒器的燃燒特性，在偏轉角（30°、45°、60°）、預混火焰之當量比（1.5, 1, 0.8），與氣體燃料流速流速（0.6, 0.9, 1.2 m/s）、粉煤/空氣進給流速(9.75 (L/min)、6.75 (L/min))等參數進行檢視，並探討其參數對於溫度場及流場的影響。在本研究中，使用粒子圖像測速儀以檢視其淨煤燃燒器的流場速度、渦度結構，並使用熱電偶溫度計測量粉回流區內的流場溫度分佈。此外，使用掃描電子顯微鏡觀察流線中粉煤顆粒縮減的狀況以探討粉煤顆粒在回流區內的燃燒情形。最後，根據掃描式電子顯微鏡所量測之粉煤顆粒大小之數據，利用粉的縮減率檢視參數之影響程度。由結果得知，在提高甲烷-空氣流速以及燃燒器中心流速提高對於粉煤燃盡率的性能有所提升。

【2020】能源國際碩士論文

利用代理模型研究在傾角式甲烷/空氣預混火焰之粉煤燃燒現象

Employing Surrogate Model on Coal Particle Combustion in Oblique Premixed Methane/Air Flames

當兩個斜向噴流預混火焰進行對衝時，會構築兩種流場結構，即碰撞區和回流區，當粉煤顆粒進入流場中時會將粉煤顆粒帶向回流區並使其滯留一段時間，與此同時，粉煤顆粒會因受熱進行脫揮發分反應並產生可燃氣體，例如氫氣、甲烷和一氧化碳，而這些可燃氣體會於下游的對衝火焰區進行燃燒。此外，因脫揮發分反應而收縮的粉煤顆粒會被輸送至下游的對衝火焰中進行燃燒。理論上，此燃燒器可以實現潔淨且穩定的粉煤燃燒。而為了驗證所提出的斜向噴流燃燒器的燃燒特性，在偏轉角（30°、45°、60°）、預混火焰之當量比（1.5, 1.2, 1, 0.8），與流速（0.4, 0.5, 0.6 m/s）等參數進行檢視，並探討其參數對於流場及溫度場的影響。在實驗中，使用粒子圖像測速儀（PIV）以檢視其淨煤燃燒器的流場結構，並使用雙色高溫計（TCP）測量粉煤顆粒的表面溫度。此外，使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察不同高度的粉煤顆粒縮減的狀況以探討粉煤顆粒在不同高度下的燃燒情形。最後，根據SEM所量測之粉煤顆粒大小之數據，利用代理模型之克里金模型（Kriging model）以檢視參數之影響程度。由結果得知，對衝火焰的當量比為影響粉煤顆粒在所設計之燃燒器的燃燒現象最大。

【2021】能源國際碩士論文

利用田口法促進Ni/Fe/CaO-Al2O3觸媒在生質焦油模型催化蒸氣重整中的焦油轉化率

Employing Ni/Fe/CaO-Al2O

焦油是由多環芳烴組成的複雜混合物。由於焦油的高粘度和酸性，在氣化溫度下降的同時，會造成管道堵塞或管件腐蝕。因此，在氣化過程中開發催化重整以減少焦油並提高合成氣的產量。在本研究中，催化劑的載體是通過共沉澱法製備的。載體以鈣和鋁兩種金屬氧化物製備而成的層狀金屬氧化物的結構，稱為層狀雙氫氧化物(LDHs)，為類水滑石觸媒的基礎。鈣/鋁混合比的範圍為1.5、2.0、2.5，鍛燒溫度範圍為1037、1137、1237 K。 然後，採用濕浸漬法將鎳和鐵附載到載體上。鎳和鐵的負載量範圍皆是3、5、7 wt. %。在製備的過程發現使用不同沉澱劑及溶劑，影響製備出的載體的表面均勻性及晶體生成的尺寸。此外，我們使用田口法來優化催化劑的合成條件，並獲得在重焦油物質轉化的部分，優化出的製備條件為Ca/Al莫爾比為2.5、鍛燒溫度為1073K、3 wt.%的鐵金屬負載量及7 wt.%的鎳金屬負載量。而在氫氣生產的部分，優化出的製備條件為Ca/Al莫爾比為2.5、鍛燒溫度為1073K、5 wt.%的鐵金屬負載量及7 wt.%的鎳金屬負載量。

【2019】參加國際會議: 12th Asia-Pacific Conference on Combustion，福岡，日本

Combustion Behavior Optimization of Torrefied Woody Biomass with Proximate and Element Analysis Index 【口頭報告】

【2020】 成功大學航空太空系碩士論文

甲烷/空氣預混火焰通入鐵、鐵-鋁，與鐵-煤之顆粒燃燒特性探討

Particle combustion characteristics of iron, iron mixed with aluminum, and iron mixed with coal in methane-air premixed flames

高能金屬燃料，視為一種潔淨且可回收的能源載體，係具有前瞻的反應材料（reactive materials），可用於未來的低碳經濟。高能量密度的金屬材料是具有發展潛力，得以取代目前能源領域中所使用的化石燃料，以應對迫在眉睫的全球變暖和能源危機問題。本研究的主要目是在於分析和探討純鐵顆粒和混合顆粒（鐵−鋁和鐵−煤）在甲烷−空氣預混火焰中的燃燒行為。混合顆粒是以重量配比為1：1的條件下製備而成。 鐵和鐵−煤的熱重分析顯示，在相對低的溫度範圍內，氧化反應過程相似。然而，鐵−鋁混合物則表現出多級氧化過程。在較小的固態燃料進料速度範圍內，選用微米級固體燃料輸送至化學當量條件下的甲烷−空氣預混火焰進行研究。在提高固態燃料進料速度時，實驗結果顯示會改變預混火焰的鋒面。進行一系列相關實驗探索固體燃料與甲烷−空氣預混火焰之間的相互依賴性以及一些基本燃燒現象的變化，例如燃燒速度，火焰溫度，氣體排放和金屬氧化物產物。此外，在鐵−煤混於甲烷−空氣預混燃燒中觀察到顆粒微爆炸（particle micro-explosion）現象。推測一氧化碳氣體被捕集於薄壁且多孔性的氧化鐵顆粒內部，並導致開始羰基鐵（iron carbonyl）的生成。最後，在氧化鐵微粒中的可燃性一氧化碳與羰基鐵誘發微爆炸。為了驗證與支持所提出的粒子微爆炸機理之推論，在混合鐵−甲烷−空氣燃燒中加入了一氧化碳與金屬有機框架材料（Metal Organic Frameworks，簡稱MOF）粉末以觀察是否有顆粒微爆炸之誘發。

Particle microexplosion mechanism in hybrid combustion.  

【2019】參加國際會議: 12th Asia-Pacific Conference on Combustion，福岡，日本

Flame Structure of Metal Particle in Methane-Air Combustion 【口頭報告】

【2022】能源國際碩士論文

以阻抗匹配及代理模型優化離子推進系統

Advanced Optimization of Ion Propulsion via Impedance Matching & Surrogate Modeling 

隨著5G技術的快速發展，近幾十年來對衛星的需求急劇增加。在這些太空技術中，電力推進系統（Electric Propulsion）被譽為當今太空產業的舵手，將引領吾人探索深空(Deep Space)之秘。作為電力推進家族的一員，離子推進器以其高比衝、長壽命和便於調整體積之特性證實了它的研究價值。雖然人類已開發出多種離子推進器，但對於其設計方法之研究則相對稀少。本研究以射頻電網式離子推進器(RF Gridded Ion Thruster)做為範例，分析其推進器之性能表現以及採用代理模型等數值計算方法來獲得推力性能隨設計參數變化的規律。幾個參數被分類和量化以確定對推力性能的影響。研究結果表明，在4 sccm 之氬氣質量流率、2500 V的加速電網電壓以及40 W 射頻功率下，離子推進器可以實現1.9 mN的推力、1649.5 s的比衝值和 48% 的推力效率，符合設計需求。

【2023】航太碩士論文

一氧化二氮/乙烯擴散火焰中氫氣與氦氣添加對於煤煙形成的探討

Comparative Investigation of Soot Formation in Nitrous-Oxide/Ethylene Diffusion Flames with Hydrogen and Helium Addition

The study aims to improve the understanding of soot formation in Inverse Diffusion Flame (IDF) of nitrous oxide-ethylene by investigating the effects of hydrogen addition. CH* and C2* chemiluminescence were measured using spontaneous emission, while Laser-Induced Incandescence (LII) was used to measure soot volume fractions. Results showed that hydrogen addition led to a decrease in flame height and influenced the flame structure, with CH* representing the reaction zone. C2* chemiluminescence indicated the location of soot precursors in the carbonaceous zone, which decreased with increasing hydrogen percentage. Soot volume fractions measured by LII exhibited similar trends with CH* and C2* chemiluminescence. Additionally, a comparison of hydrogen with helium as an additional gas showed that hydrogen had a stronger influence on reducing soot formation, as evidenced by the significant reduction in C2* and CH* chemiluminescence, while helium had a more modest effect. These results suggest that hydrogen has a strong chemical effect in inhibiting soot formation, whereas helium is more similar to reducing soot formation in terms of its addition effect based on C2* and CH* chemiluminescence.

【2022】參加國內會議: 47th Conference on Theoretical and Applied Mechanics， 地點: 高雄，臺灣

Effect of Hydrogen Addition in Fuel Stream of N2O/C2H4 Inverse Diffusion Flames on Soot Formation 【海報報告】

【2021】參加國內會議: 46th Conference on Theoretical and Applied Mechanics， 地點: 臺北，臺灣

EmployingNi/Fe/CaO-Al2O3 Catalyst by Taguchi Method on Conversion of Biotar Model Steam Reforming 【口頭報告】

【2022】參加國內會議: 47th Conference on Theoretical and Applied Mechanics， 地點: 高雄，臺灣

Research on Natural Gas with Hydrogen Addition of Combustion Technology for Industrial Burners 【海報報告】

【2023】參加國際會議: 14th Asia-Pacific Conference on Combustion， 地點: 高雄，臺灣

The Effect of Dual-Wavelength Selection on the Temperature Measurement by Two-Color Pyrometry for Coal Combustion in Premixed Methane/Air Flames 【口頭報告】

【2023】參加國際會議: 29th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems， 地點: 京畿道，韓國

Assessing NOx Emission from Hydrogen-Enriched Natural Gas in Oxygen-Enriched Conditions  【海報報告】

• 探討混合燃氣之拉伸極限影響火焰結構特性在空氣及純氧條件下利用實驗及模擬觀察其火焰特性。
• 而藉由CHEMKIN Pro進行數值計算搭配GRI-mech3.0反應機構進行模擬分析。隨著氫氣混摻比例的增加，在空氣及純氧條件下，雖然絕熱火焰溫度增加幅度不明顯，但層流火焰速度卻有明顯的增加。
• 在空氣條件下，隨著氫氣混摻比例從0%增加至20%並在近拉伸極限下，發現除了整體主要物種濃度上升之外，自由基H及OH濃度明顯提升，但氫氣混摻濃度提升至20%時，自由基H及OH卻無明顯提高；而在純氧條件並在拉伸極限下，整體主要物種濃度隨著氫氣混摻比例提高，自由基H濃度也明顯隨著氫氣混摻比例提高而增加。
• 氫氣混摻比例提高至10%且在近拉伸極限下(8450 s^-1)，火焰預熱區的主導反應則由R99變化為R46，而在火焰反應區的主導化學反應則由R38及R84因此拉伸極限的增加，是由化學物種與自由基的濃度變化，以及化學反應變化的轉變所造成的結果；接著氫氣混摻至20%在近拉伸極限條件下，R99反而被抑制，R3明顯提升，整體火焰反應區已是由R84所主導反應，由於在自由基濃度上並無明顯變化，此時的氫氣混摻比例以致擴展拉伸極限，是由化學反應變化所致。

【2016】獲第26屆燃燒與能源學術研討會 學生論文競賽 第二名

• 相較於傳統式燃燒器(主要利用背向式階梯穩駐機制將火焰穩駐於內部)，本研究所設計的微孔式燃燒器，係在白金微管上貫穿數個微孔及搭配背向式階梯的穩焰機制，能使火焰有效地穩駐於微管道中，而石英管具有高透明性，能整合燃燒器內部所幅射出的火焰螢光及白金管受熱後所產生的幅射光，一同導入於熱光電板轉換成電能輸出。
• 由於內外側皆置入氫氣/空氣時，其操作區間過小，因此將外部燃料改為甲烷並觀察其燃燒現象，經由實驗結果及數值模擬結果可發現:
  1. 內側置入之氫氣需提供足夠之熱才能誘發外部甲烷產生氣相反應。
  2. 在相同當量比及速度下，比較無孔式與微孔式燃燒器之差別，發現微孔式燃燒器內側的氫氣可經由微孔擴散至外側，且內側腔體中氫氣化學反應所產生的熱能除了從微管壁面熱傳至外側腔體外，亦可藉由氣流對流的方式通過微孔傳遞至外側腔體中，促使甲烷誘發氣相反應。
• 本研究自行研發石英管披覆氧化鐵之輻射器其結果與預期有落差，其因燃燒器反應產生之光部分會被氧化鐵吸收導致其輻射之光通量低於石英管輻射器。
• 內外皆使用氫氣作為燃料時其整體效率為0.04%，且此條件為其可操作區間之極限，因此將外側燃料改為甲烷，使其操作區間能擴增且整體效率能增加至0.22%。

• 氣化溫度對產氣中氫氣/一氧化碳的濃度比有明顯的影響，在680℃到780℃此溫度區間內，這個值可以相差至約50%。而其他因素的影響則相對較小，影響大小的排序為: 氣化溫度>氮氣流率>焙燒溫度>水氣流率。
• 導致產氣成分比例依溫度不同的原因為化學平衡的不同。在溫度較低時，在氣化開始後以氣相反應為主。若為高溫氣化，異相反應的正反應趨勢則明顯強於氣相反應。
• 氣化過程主要分為揮發分反應和焦炭反應兩部分。揮發分以生質物裂解所產生的甲烷為主，在甲烷逐漸消耗後，反應較慢的固態碳成為氣化反應的主要原料。揮發分反應可以產生高比例的氫氣，不過反應時間很短，大多數時間為焦炭反應。

【2017】獲阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)旅遊獎學金，補助參加國際會議: KAUST Research Conference: New Combustion Concept，圖沃，沙烏地阿拉伯

【2019】參加國際會議: 9th European Combustion Meeting，里斯本，葡萄牙

MZI Measurements on an Oxidant-Diluted N2O/CH4 Inverse Diffusion Flame 【海報報告】

【2017】航太碩士論文

微波誘發電漿對於火焰電漿之影響

The Effect of Microwave-Induced Plasma on a Flame Plasma 

本論文研究主題在於觀測利用浮動電極於一大氣壓下之微波共振腔中所誘發的放電電漿，對於常壓火焰電漿的物化性質之影響。在本實驗系統中，在微波產生器其輸出功率增加至200瓦後，誘發金屬針尖的尖端放電現象。微波誘導電漿對於火焰電漿的影響則利用朗謬爾探測針來進行探討﹔藉由此量測技術，實驗數據結果顯示電極針尖附近的電子溫度在微波電磁場施加過程中受到加熱至原本的350%，至於電極針尖附近的電漿密度則上升超過400%。除了受到微波誘發電場的影響，在放電過後的電極尖端附近可量測到一直流電場的存在，而此直流電場可造成些微的電漿濃度分布扭曲。從朗謬爾探針沿著燃燒器軸方向上的量測結果可以發現，該微波電場加速電子動能效應受到空間上的侷限。配合放射光譜儀的實驗結果，合理地提出微波能量的導入對於強化火焰速度與火焰穩住的應用之影響進行探討途徑。

Schematic of the mechanism of the flame shape modification.

【2016】 參加國際會議: 2nd Energy Engineering Alliance Forum， 胡志明市，越南

Combustion Behaviors of Fuel Pellets from the Mixture of Coal and Miscanthus Biochar 【口頭報告】

【2017】 參加國際會議: 12th Int'l Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics， 金澤，日本

Optimizing the Operating Parameters of Torrefaction Process on the Combustion Enhancement of Coal/Biochar Blended Fuels 【口頭報告】

【2021】航太碩士論文

最佳焙燒條件生質炭與煤炭之混燒特性

Co-firing Characteristics of Coal Blended with Biochar with Optimal Torrefaction Condition 

在本篇研究中，將進行生質料焙燒條件最佳化之探討，並且透過產製的生質炭與煤炭混燒進行研究。在最佳化方面，田口法被廣泛應用於工程領域。透過正規直交表的建立，大幅減少實驗時間與成本。此外，為了依據不同燃燒器需求找出合適的焙燒條件，本研究根據燃料的燃燒特性建立了三個最佳化指標。透過三個最佳化焙燒條件所產製的生質炭，分別以25%、50%和75%的混摻比例與煤炭進行混燒。混燒期間，利用單顆燃燒爐及粉煤燃燒器將燃料以顆粒型態及粉煤型態進行燃燒現象探討。燃料在單顆燃燒爐受到高溫環境(600℃和800℃)影響，燃料首先會進行水分揮發及脫揮發份反應。當揮發氣體逐漸受到高溫被釋放出後，燃料將執行燃燒現象，分別是氣相燃燒及焦炭燃燒，直到整個燃燒反應結束，便殘留灰燼殘在不銹鋼網中。當燃料以粉煤型態在粉煤燃燒器執行混燒時，我們透過量測溫度、燃燒效率、火焰外型及廢氣來比較不同焙燒條件下燃燒現象的差異。根據粉煤實驗結果，我們發現焙燒程度較低的生質炭有較佳的燃燒效率。而焙燒程度較高的生質炭其火焰穩定性則相對穩定，其燃燒現象也與煤炭較接近。另外，添加生質炭能幫助燃料的點燃。本實驗的研究成果，在未來可當作生質料焙燒條件最佳化的依據。並且根據不同燃燒器需求來挑選適合的指標及混摻比例。

Timeline for overall combustion process of a fuel pellet at a surrounding temperature of 600℃.

【2020】參加30th National Conference on Combustion and Energy會議， 臺中，臺灣

Effect of N2O Self-Decomposition Chemical Reaction and Equivalence Ratio on NO Formation of Methane/Nitrous Oxide Premixed Flames 【學生論文競賽-燃燒科技組，獲佳作】

【2019】  參加國際會議: 9th European Combustion Meeting，  里斯本，葡萄牙

Effects of Diluent Addition on Combustion Characteristics of Methane/Nitrous Oxide Inverse Diffusion Flame 【海報報告】

【2018】航太碩士論文

添加稀釋物對甲烷/一氧化二氮反置擴散火焰之燃燒特性影響

Effects of Diluent Addition on Combustion Characteristics of Methane/Nitrous Oxide Inverse Diffusion Flame

本研究利用實驗及數值模擬來探討添加稀釋氣體於N₂O/CH₄反置擴散火焰之燃燒特性影響，本研究的目的是為了了解添加不同稀釋氣體對CH₄/N₂O IDF燃燒特性的影響，因此將選擇三種不同的稀釋氣體，即He，CO₂和Ar。實驗方面，藉由中心管通入一氧化二氮與不同的稀釋氣體(Ar、He、CO₂)之混合氣，第二環為燃料甲烷，最外環為33% O₂與67% N₂之混合氣，來探討添加不同濃度的稀釋氣體及流速改變對火焰型態上的影響，並利用理論解模型預測火焰型態變化，進而得到反置擴散火焰的形成過程，最後利用廢氣量測，針對重要的污染物(O₂、CO₂、NO_X、CO)進行討論。

初步實驗結果顯示，在火焰現象中，隨著不同濃度的稀釋氣體添加後，發現火焰存在著數種不同的形態:標準擴散火焰、閉口反置擴散火焰、開口反置擴散火焰、跳脫火焰等，在理論解預測結果中，反置擴散火焰的形成可以分成幾個階段: (1)先形成一標準擴散火焰，(2)內部火焰的富油、當量條件、貧油分支會依序出現，形成反置擴散火焰，(3)內部及外部火焰的富油、當量條件、貧油分支會依序形成包絡狀火焰，(4)最後形成開口狀反置擴散火焰。

在數值模擬的部分，thermal/diffusion effect主導著添加Ar條件之火焰溫度上升，而inert effect及chemical effect則是主導著添加Ar及CO₂為稀釋氣體條件之火焰溫度下降，並且針對NO形成的五種機制: Thermal route、N₂O-intermediate route、NNH-intermediate route、HNO-intermediate route、Prompt route進行探討，得到在添加不同濃度稀釋氣體情況下，主導NO形成的機制變化。

【2017】參加國際會議: 12th Int'l Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics， 金澤，日本

Flame Modes and Combustion Characteristics of a Triple Port Burner 【口頭報告】

【2017】獲教育部 2017年全國能源科技創意實作競賽 【銀牌】

【2017】獲教育部能源科技人才培育計畫 全國能源科技創意實作競賽 【銀牌獎】

【2017】獲教育部能源科技人才培育計畫 全國工業節能創意實作競賽 【最佳創意獎】

【2017】獲東元Green Tech國際創意競賽 【佳作】

【2017】 參加國際會議: 3rd Engineering Energy Alliance Forum， 地點: 曼谷，泰國

Combustion-driven Thermophotoltaic Power System Assembling with Stirling Engine 【口頭報告】

With the progress of the technique, more and more power system has been developed with the goal of energy saving and environmental protecting such as solar power and wind power. These power systems are prone to perform poorly due to bad weather and seasonal intermittence; therefore, developing a power system with less environmental dependence is the aim of this combined power system. Biomass is accessible and feasible in rural places, and employing fermentation, methanation, or gasification would produce sizable biogas. However, biogas consists of hydrogen and methane with certainly low heating values. It is difficult to directly burn the biogas and generate electricity via conventional furnaces. Accordingly, we would like to propose a novel and reliable combustion system, and assemble with TPV cell array and Stirling engine for harvesting the energy from waste gas and combustion radiation. Implementing this power units in distributed power grid combined with biogas generation system is an ultimate goal.

Assemble the reaction system with PV cell array and assess the overall efficiency of Micro-TPV system. 

【2017】 參加國際會議: 12th Int'l Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics， 地點: 金澤，日本

Generation Performance of Hydrogen-Fueled Micro Thermophotovoltaic Reactor 【口頭報告】

A tubular platinum reactor with a perforated annular array enables fuel/air mixtures to exchange sides, thus sustaining flames and preventing heat loss. Consequently, the combustion efficiency and operational range can be enhanced. A hydrogen/air mixture was introduced into inner and outer chambers at different equivalence ratios and flow velocities to chemically and physically investigate the interplay between the chambers. The benefits of hydrogen include a high gravimetric heating value, flame speed, and diffusion capacity and short chemical reaction time. The coexistence of heterogeneous (surface) and homogeneous (gas) reactions in the micro TPV reactor was examined and elucidated in terms of aerodynamics, mass and heat transfer, and chemical reactivity. Furthermore, a TPV reactor with TPV cell arrays was assembled, and the corresponding radiant efficiency of the emitter and the overall efficiency of the proposed micro TPV system were determined in this study.

Illumination behaviors of the micro-TPV reactor in various fuel deployments and fixed flow velocity of 6 m/sec. 

【2017】 參加國際會議: 2nd Southeast Asia Workshop on Aerospace Engineering， 地點: 胡志明市，越南

The Development and Design of Vacuum Cathode Arc Thruster 【口頭報告】

【2018】 參加國際會議: 3rd South East Asia Workshop in Aerospace Engineering， 地點: 曼谷，泰國

The Development, Design and Demonstration of Vacuum Cathode Arc Thruster【口頭報告】

【2019】 碩士論文

真空陰極電弧推進器之研發、設計與測試

The development, design and demonstration of vacuum cathode arc thruster (VAT)

電力推進（Electric Propulsion, EP）通過高速排出電漿（plasma）進而產生推力。通常，電力推進系統是透過電力系統消耗和電離其推進劑，進而產生電漿流動。與傳統的化學推進系統相比，EP具有較高的比衝量，意味著推進劑的燃料轉化率也相對地高。本研究的重點是從設計、製作與實測方面進行真空陰極電弧推進器（Vacuum Cathode Arc Thruster, VCAT）的研究與開發。特徵在於，VCAT系統不需要任何額外的推進劑進料系統，因為此系統的陰極同時作為電極與推進劑。至於點火方面，塗覆於陰極表面上的石墨層中產生微小熱點會誘發焦耳加熱，將石墨昇華進而誘導電漿產生與流動。VCAT系統具有尺寸小、重量輕，與系統簡單的優點，非常適用於微型衛星的推進系統。此外，本研究使用具有電感器儲存電源系統的“無觸發”方法來產生脈衝電漿。這種放電方法可以顯著地降低輸入功率。VCAT的推力主要是由電漿流中金屬離子的高速排氣速度(exhaust velocity)所引發；無疑地，離子密度、離子速度和離子電荷皆為重要的性能參數。另一方面，本研究使用電池代替電源供應器以減少整個VCAT系統的電力處理單元，並通過測量放電電流和電壓之間的變化以估算單位脈衝所需的能量為0.266J，並透過離子檢測器來測量離子流為3.55A，離子速度為23150m/s。最後，根據理論分析，本論文VCAT原型可以達到單發衝量為2.3μN·s，比衝值2360s，其相對的整體效率約為10%。

Discharge diagram of vacuum cathod arc thruster.

Two types of thruster prototypes are developed. One is a solid-fed pulse plasma thruster and the other is a gas-initiated pulsed plasma thruster. Solid-fed pulsed plasma was tested in high vacuum condition and the results showed that the impylse bit increases with the increasing energy and the maximum impulse bit seen was 257.98 μN-secat 25 J of energy. Gas-initiated pulsed plasma was also tested and discharged succeddfully but the maximum impulse bit seen was 1.54 μN-secat 76.5 J of energy because the discharge loop was very large.

             Solid-fed PPT         Gas-initiated PPT     Modified solid fed

【2017】 參加國際會議: 2nd Southeast Asia Workshop on Aerospace Engineering， 地點: 胡志明市，越南

Designing of Gas-Initiated Pulsed Plasma Thruster 【口頭報告】

Pulsed Plasma Thruster is one of the most promising, simplest and was first form of electric propulsion device to be flown on board a real spacecraft zond2 in 1964. Since 1964 there has been a lot of research done on electrode configuration, propellant and initiator behaviour, which shows that the erosion of initiator leads to reduce the lifetime of thruster. The paper aims to present an approach to design a gas initiated pulsed plasma thruster (G-PPT) in which gas acts as both initiator as well as propellant which eliminates erosion issue. A rectangular breech fed G-PPT Prototype has been designed with argon as propellant and tested in vacuum condition at pressure 10^-4 torr with variable flow rates while the gap between the electrodes is maintained as 1mm and 3mm. The discharge was successful in all the conditions and the peak current reached at 1mm is 1.6KA and at 3mm it is 3 KA.

【2018】  參加國際會議: 4th International Conference on Green Technology and Sustainable Development， 地點: 胡志明市，越南

Experimental studies on Heating and Burning of characterized Heavy fuel blended oil 【口頭報告】

【2021】 成功大學航空太空系碩士論文

氧化亞氮分解反應對於氧化亞氮/乙烯反置擴散火焰中煙粒生成之影響

Effect of nitrous oxide decomposition reaction on soot formation of nitrous oxide/ethylene inverse diffusion flames

本論文研究以實驗的方式討論氧化亞氮(N2O)的分解反應對於乙烯(C2H4)反置擴散火焰中煙粒生成之影響。N2O分解效應包含著類似富氧空氣條件的富氧效應以及伴隨熱釋放的熱效應。相較於空氣條件下的乙烯擴散火焰，N2O / C2H4擴散火焰促使更多的煙粒(soot)生成。為了探討N2O的分解反應對於煙粒生成的影響，實驗採取不同的氧化劑條件，分別為N2O條件、33% O2 +67% N2(氧化亞氮完全分解的條件)富氧條件、21% O2 +79% N2空氣條件。在本實驗系統中，使用軸對稱三環噴流燃燒器產生出不同的流速比（R）的反置擴散火焰，操作區間為R = 0至6。實驗量測系統分別使用雷射誘導白熾光(Laser-Induced Incandescence，LII)以及雙色光測高溫法(Two-Color Pyrometry)對煙粒濃度以及煙粒溫度進行測量。結果顯示，N2O分解的作用促進了N2O / C2H4火焰中的煙塵負載。 與33％O2 + 67％N2的情況相比，隨著R的增加，N2O分解反應對總體煙灰形成的熱效應增強。 最大增強達到40％。 此外，在N2O / C2H4擴散火焰上游，由於熱效應，測得的煙塵溫度有顯著的增加。 但是，通過比較33％O2 + 67％N2富氧條件和空氣條件的結果，可以看出，隨著R值的增加，富氧效應對總體煙灰形成的影響從10％逐漸提升到60％。 通過沿火焰高度積分的煙塵濃度數值顯示，煙塵的形成速率和氧化速率可能會由於N2O分解效應的參與而重新平衡。

Images of the soot-LII signal recorded from LII system for the flames of (a) Case-I: 100%N₂O (b) Case-II: 33%O₂+67%N₂ (c) Case-III: air as the oxidizer variations with different R ratios.

【2019】 參加國際會議: 9th European Combustion Meeting， 地點: 里斯本，葡萄牙

Combustion Characteristics of Diesel Blended with Sludge-Derived Hydrothermal Liquefaction Oil and Its Application [海報報告]

Hydrothermal liquefaction oil is a carbon neutral fuel with high calorific value, low oxygen content and low water content, which is superior to traditional thermal fast cracking oil. If hydrothermal liquefaction oil is added to  diesel fuel and applied to diesel engines, it can increase the diversification of industrial fuels and reduce CO2 emissions. Therefore, the research objective is to set up a system for diesel and diesel blend with 5% sludge hydrothermal liquefaction bio-oil combustion test, observe the combustion flame structure, and measure the pollutant concentration to know its combustion efficiency and emission characteristics. As a reference for the future use of hydrothermal liquefaction oil instead of diesel in industrial co-firing applications.

【2019】 碩士論文

以一氧化二氮作為氧化劑的熱效應對於層流甲烷預混火焰燃燒特性之影響

Thermal effect of N2O being oxidizer on combustion characteristics of laminar premixed methane flames

在本研究中，通過實驗與數值模擬的方式研究在單管噴流火焰燃燒器中的層流預混甲烷/氧化亞氮的燃燒現象與污染特性。基本上，甲烷/氧化亞氮火焰中，氧化亞氮的熱效應和化學效應占主導地位。比較CH₄ / N₂O火焰，與假設氧化劑N₂O完全分解為33％O₂和67％N₂的甲烷/富氧火焰，當量比為0.8至1.2條件下，討論並比較其燃燒特性與火焰結構的差異。 在兩種氧化劑的環境條件（分別為N₂O和富氧條件: 33％O₂和67％N₂）下檢查火焰外觀，溫度分佈和污染物排放。由於熱效應與化學效應造成在甲烷/氧化亞氮火焰中的溫度提升，以及CO、NO_x濃度的增加；相反地，在富氧火焰中，這些熱效應和化學效應不會提升火焰溫度以及汙染物CO、NO_x濃度。通過火焰溫度測量研究了層流預混火焰的熱效應，並通過廢氣監測系統測量污染物排放特性。在溫度量測部分，本研究是利用Mach-Zehnder干涉測量（MZI）以獲取瞬時二維的溫度分布，並使用介入式熱電耦量測火焰溫度並驗證MZI實驗結果。

MZI measurement of the flame temperature of oxy-enrich combustion (a) temperature field, (b) Flame structure. 

【2017】 參加國際會議: 3rd Engineering Energy Alliance Forum， 地點: 曼谷，泰國

Optimizing the Operating Parameters of Torrefaction Process on the Combustion Enhancement of Coal/Biochar Blended Fuels【口頭報告】

【2020】參加第30屆燃燒與能源學術研討會會議， 地點: 臺中，臺灣

Combustion Characteristics of Methane-/Hydrogen-Air Premixed Flames in the Segmented Steel-Platinum Catalytic Reactor 【海報競賽，獲第二名】

【2020】參加國際會議: 36th European Photovoltaic Solar energy Conference and Exhibition， 地點: 馬賽，法國

A Thermophotovoltaic Micro-Combustor Using Selective Emitters【口頭報告】

【2020】 碩士論文

甲烷/氫氣預混火焰於帶有穿透孔之不銹鋼/鉑觸媒隔板反應器之燃燒特性分析

Combustion characteristics of methane-/hydrogen-air premixed flames in the combined steel-platinum catalytic partition reactor with a percolated hole

本研究主要探討具有穿透孔之不鏽鋼/鉑觸媒隔板反應器的燃燒性能與火焰穩駐機制，並使用Kriging模型優化整體系統之燃燒效率。觸媒微燃燒器是由分段式觸媒是由鉑與不鏽鋼接合組成，而分段式觸媒平板將主燃燒器分成兩個區域。氫氣−空氣混合氣與甲烷−空氣混合氣分別注入於兩側流道之中。在過去的研究中，反應器上的穿透孔不僅可以提供一個低速流區域以穩駐微火焰，還可以促使兩側流道的燃燒化學物質與自由基藉由擴散或流入進行誘發氣相火焰生成。

比較傳統平板燃燒器與具有穿透孔的平板燃燒器之模擬結果顯示，具有穿透孔的燃燒器在不同的燃氣條件下，呈現較高的甲烷−空氣之燃燒效率。其主要的原因是在穿透孔附近的氫氣−空氣燃燒反應提供所產生的化學熱能與自由基，可以有效地輔助另一微流道中的甲烷−空氣觸媒誘發預混火焰。然而，氫氣-空氣預混火焰的樣態會影響另一側流道的甲烷−空氣觸媒誘發預混火焰之穩住機制，其火焰穩住機制易遭受到兩側流道的燃氣當量比例，以及燃氣流速比不同而衍生出的溫度與速度梯度不平衡，進而影響燃燒穩定性與燃燒效率。

最後，本研究採用Kriging模型對具有穿透孔的燃燒器進行操作參數與系統參數進行甲烷−空氣燃燒效率之優化，綜合優化結果得知甲烷−空氣流速是影響甲烷−空氣燃燒效率最大的參數，其次是:白金孔洞位置、甲烷−空氣當量比。影響最低的參數是氫氣−空氣流速以及氫氣−空氣當量比。系統優化最佳條件為甲烷−空氣當量比為 0.7，甲烷−空氣流速為 5 m/s；氫氣−空氣當量比為 0.9 ，氫氣−空氣流速為 10 m/s、穿透孔位置為 15 mm。

Heat release overlaid with velocity vector and OH mole fraction around the perforation.

【2020】航太碩士論文

電極板夾角對脈衝電漿推進器性能之影響與優化

Optimizing the Effect of Electrode Angle on the Performance of Pulsed Plasma Thruster

本論文致力於發展具有不同的電極擴張角度，以及非對稱角度之微型脈衝式電漿推進器（簡稱PPT），選擇四個不同的電極夾角和非對稱配置設置，以檢測其電極結構參數對於推進器性能和可靠性之影響。 與傳統化學推進系統相比，電力推進系統使用高速排出的電漿。首先，電力推進系統的推力是由電漿流中，離子的高排氣速度所產生。微型脈衝式電漿推進器是太空工程中仍在使用的最古老之推進技術之一，及具有簡單性和低成本的特徵，使其對於微型衛星的電力推進系統發展具有吸引力。此外，PPT也吸引青年創業的太空公司和高等教育機構參與，促進到當前太空產業發展。近年來，PPT在設計、製造和示範方面，已完成在電力推進系統應用於立方衛星方面進行相關研究與技術發展。 PPT的原型機設計先前已經完成，本研究主要通過可拆卸和可更換的部件對推進器的推力性能進行改進。通過高速相機的使用已經觀察到並解釋未解決的電漿放電現象，並且提出假設模型。此外，採用田口方法來檢查設計參數對推進器性能和可靠性的影響。

【2019】航太碩士論文

添加擴散噴嘴於微型固態燃料脈衝電漿推進器之運轉可告靠性分析

The Effect of Diverging Nozzle Addition on the Operational Reliability of Solid Propellant Micro Pulsed Plasma Thruster

the design and testing of 4 different thruster configurations were employed in this study: an original thruster without any nozzles, and 3 configurations with 0-degrees, 20-degrees and 40-degrees nozzles to be added to the original design. The entire thruster was thought and designed to be modular, to allow for easy replacement of the nozzles, and even further improvements that might be done after this master thesis. Vanilla pulsed plasma thruster, most commonly parallel plate thrusters, most create thrust through the plasma created, while the remaining neutral particles created very little additional thrust. However, some research had started investigating the use of divergent nozzles to greatly improve the gas expansion contribution of the neutral particles, while only limiting the loss of electromagnetic thrust generated by the plasma. The aim of this study was to investigate which nozzle angle provided the best overall performance.

The initial performance measurements were supposed to combine tracking the electromagnetic and electrothermal thrust for each thruster design to compare their performances. While the electromagnetic thrust could be measured, the method used to measure the electrothermal thrust showed to be flawed and provided incoherent results. The impulse bit measurement showed expected results: the narrower the nozzles, the weaker the impulse bit, with the original configuration without nozzles providing the maximum impulse bit, this was mostly attributed to friction.

Reliability tests were also done, for 30 minutes to compare the lifespan of each configuration. It was shown that the original nozzles were to narrow, and after widening them, these tests showed that while the configuration without nozzles was the most reliable, adding nozzles did decrease operational lifespan, but with very little regard to the nozzle angle.

【2022】航太碩士論文

碳氫預混火焰在不銹鋼-鉑分段式反應器之燃燒特性與性能優化研究

Study on Combustion Characteristics and Performance Optimization of Hydrocarbon Premixed Flames in Stainless Steel-Platinum Segmentation Reactor

本研究主要探討具有穿孔之不鏽鋼/白金觸媒微管燃燒器的燃燒性能與優化研究。由於燃燒過程會伴隨著化學反應、熱傳導與質量擴散等不可逆性的過程發生，而這些不可逆性的過程稱之為熵。熵之生成會造成能量損失，然而這些能量損失無法藉由實驗測得求得，因此需要藉著模擬之幫助以探討微反應器內部能量損失之來源。藉著分析熵生成率之後，可以進一步求得微燃燒器的熱力學第二定律效率，以判別燃燒器性能。

繼前人的研究得知，帶有穿孔式的不鏽鋼/白金觸媒微管將有利於火焰穩住於微反應器中，其原因在於孔洞的設計能提供微反應器一個低速帶且有利於內、外兩流道之流體混合。然而，孔洞數量與孔徑大小之研究尚未深入探討，因此本研究提出三種不同之燃燒器設計，依固定白金面積設計出4個與6個孔洞數量，旨在探討白金用量相近的情況下，孔洞數量對於燃燒性能之影響，並以4個孔洞之設計探討孔徑大小，孔徑直徑分別為1公厘和1.5公厘。

然而，本研究提出3種燃燒器的孔洞設計以及針對會影響燃燒效率的四種參數進行探討，其中討論的參數包含甲烷/空氣的流速、氫氣/空氣的流速、甲烷/空氣的當量比，以及氫氣/空氣的當量比。隨著操作區間的搭配，將會有許多參數組合，若要探討所有排列組合條件的性能，勢必會浪費許多時間與金錢。因此本研究利用克里金代理優化模型協助以較少的組數得到然燃燒效率的趨勢，並且能以一定量的實驗組數去建立優化模型。其中，所建立的克里金代理優化模型可以成功預測3種燃燒器的燃燒效率，以及其燃燒模態的區間界定。例如，在六個孔洞設計中，氫氣/空氣速度、甲烷/空氣速度、甲烷/空氣的當量比與氫氣/空氣的當量比的敏感性係數值分別為 -1.7、-0.22、0.4 和 0.15。代表氫氣/空氣的當量比在六個孔洞設計中將影響燃燒效率甚大。

【2021】航太碩士論文

建置適用於混和燃氣及強氧化劑之層流火焰速度量測系統

Development of Laminar Burning Velocity Measurement System in Multifuel or Strong Oxidizer Premixed Flames

本研究提供一套適用於預混火焰的層流火焰速度量測系統，可以應用在混合燃氣以及強氧化劑的燃燒條件下。在當量比為0.8到1.4的範圍中，利用紋影拍攝法獲取甲烷/空氣、甲烷/一氧化二氮及甲烷/一氧化碳/氫氣/空氣的二維火焰面長度。根據質量守恆定理，計算出受到拉伸的層流火焰速度。接著透過Markstein length以及用於長方形燃燒器的整體流速(Bulk velocity)的校正，將速度轉為未拉伸層流火焰速度。為了驗證提出的量測系統準確性，在甲烷/空氣的預混燃燒條件下，使用GRI 3.0反應機制的數值模擬計算一維未拉伸層流火焰速度，並與實驗結果相比。結果顯示，在當量比為0.85到1.2之間的誤差值皆小於3.8%。隨後，應用此量測系統於混合燃氣以及強氧化劑的預混火焰，檢測其對複雜的燃燒條件的計算結果，並篩選出適用於強氧化劑的反應機制。

【2021】 碩士論文

微米級鐵顆粒在甲烷/空氣預混火焰之微爆現象研究

Study of microexplosion mechansim of iron microparticles in premixed methane/air flames

金屬顆粒是地球上最豐富的資源，例如鐵、鋁、鎂、鋯。燃燒懸浮在碳氫化合物火焰中的金屬粉末，在科學研究上有些實際應用，諸如：高能材料和工業安全。金屬顆粒高體積能量密度的特性，有利於添加至固體推進劑中以增加整體能量輸出。如今，金屬燃燒的應用也發展出許多新的思路。例如：在燃煤爐中，可用金屬顆粒代替煤粉；相較於氣態碳氫化合物火焰，金屬混合火焰具有更高的能量、更高的火焰溫度。本研究旨在探討鐵混合燃燒粒徑對金屬顆粒微爆炸的潛在影響。本實驗使用四種不同的粒徑：2-10μm、50μm、100μm和150μm。預混錐形甲烷-空氣火焰在固定化學計量的條件下，以不同的進料速率摻入鐵顆粒。關於顆粒微爆炸機制，則係氧化劑擴散至鐵顆粒中，並在薄殼中生成氧化鐵。然而，有限的氧在鐵顆粒表面發生異質反應，從而在鐵顆粒表面產生中間產物氧化鐵(FeO)。氧化鐵的形成，促使鐵顆粒在燃燒過程中有閃爍和收縮的現象。隨後，本研究於實驗中添加一氧化碳(CO)，使一氧化碳穿透至氧化物殼層內部，並與殼層內之四氧化三鐵(Fe₂O₃)反應。四氧化三鐵將產生氣泡，並促成五羰基鐵(Fe(CO)₅)的形成。在氣泡凝聚過程中，鐵顆粒會逐漸膨脹，終將形成空心的球形顆粒。然而，在某些特殊條件下，五羰基鐵可能會引起鐵顆粒的微爆炸。

Particle microexplosion mechanism in hybrid combustion.  

【2024】航太碩士論文

六硼化鑭無加熱器中空陰極放電電壓特性研究

Investigation of Discharge Voltage Characteristics in Lanthanum Hexaboride Heaterless Hollow Cathode

霍爾推進器做為電能推進器的一種，具有非常高的推力功率比，被世界各國廣泛的應用於衛星的軌道變換、高度維持和深空探索，如BUSEK公司的BHT系列、ESA的PPS-1350和俄羅斯的SPT系列。霍爾推進器的運作需要一穩定電子源提供足夠的電子來離子化燃料氣體和中和被加速的離子束，這使得中空陰極作為一電子源被應用於霍爾推進器上。傳統的中空陰極由陰極管、發射體、保持器和加熱器組成。加熱器被用於加熱發射體以達到陰極的工作溫度，讓發射體發射出電子。但多次的溫度變化過程會造成加熱器材料的熱疲乏，導致加熱器的損壞和短路。這個問題嚴重的影響了陰極的壽命，往往發射體還未蒸發殆盡，加熱器就已經損壞。無加熱器中空陰極的概念因此被提出，透過大流量和高電壓誘發的電弧放電來加熱發射體不僅避免了加熱器損壞的問題也帶來許多好處，包括重量減輕達到更緊湊的設計、減少能量需求和降低電源單元複雜度。
陰極的運作情況在文獻中被分為點模式和羽流模式。點模式為穩定運作的情況，外觀上為一明亮電漿球出現於保持器出口處。羽流模式為陰極不穩定運作的情況，外觀為大範圍電漿充滿陰極和陽極之間。羽流模式下放電電壓上升，電壓和電流大幅度振盪並產生高能粒子。高能粒子的產生對保持器和陰極的孔徑侵蝕增強，造成陰極的性能和壽命降低。針對陰極的模式轉換，多種以放電電流和電壓振盪幅度為測量值的半經驗公式被提出用以評估陰極的模式轉換。
本研究利用陽極放電壓和保持器浮動電壓的峰對峰值大於5伏特作為陰極發生模式轉換進入羽流模式的標準，對我們設計的陰極進行性能評估。在流量低於5 sccm時，放電電壓出現大幅振盪，說明陰極進入羽流模式。放電電流範圍4安培到7安培在流量 7 sccm下被測試，但低於振盪標準的峰對峰值說明運作仍然維持在點模式。陰極在兩個不同的背景壓力條件(8.1×10^(-4),3×10^(-4) torr)被測試以評估背景壓力對陰極性能的影響。結果顯示過高的背景壓力造成模式轉消失而無法利用電壓振盪標準來找出陰極的最佳工作流量和放電電流。軸向磁場的施加造成陽極放電電壓下降，推測原因為磁場降低電子的跨場傳輸能力，使得陽極接收電流的有效表面積增加。

【2022】參加國際會議: International Electric Propulsion Conference 2022， 地點: 波士頓，美國

Development of a Low Power Cylindrical Hall Thruster with Tungsten Filament Cathode 【海報報告】

【2022】航空太空工程碩士論文

建置雙色高溫測量法探測氨氣添加於甲烷/空氣預混火焰之燃煤影響

Developing a Two-Color Pyrometry Measurement to Discuss the Effect of Ammonia Addition on Coal Combustion of Premixed Methane/Air Flames 

雖然碳零排放的目標尚未達成，因為碳烴燃料仍然是空氣污染和全球暖化的主要原因。最近的研究提出氨作為一種替代燃料，可為可再生能源提供能量儲存。然而，與碳烴燃料相比，氨具有一些缺點，例如較低的可燃性極限、燃燒溫度和燃燒速度，這將導致反應性降低和NOX生成率增加。因此，提出了在燃燒煤炭過程中與氨（NH3）共同燃燒的概念。本研究調查了氨（NH3）與煤炭燃燒的燃燒行為，並開發了一種測量火焰場中固體燃料顆粒溫度的非侵入性技術，稱為「兩色熱計」。該技術利用兩個波長的熱輻射由白熾的煤煙顆粒發出，以測量煤炭顆粒的溫度。由於烴類燃料的不完全燃燒在燃燒過程中會產生煤煙，因此在本研究中將煤炭顆粒視為許多煤煙顆粒的聚集體。混合燃燒火焰發現包含了甲烷（CH4）/空氣/煤炭和甲烷/氨（NH3）/空氣/煤炭的預混火焰。本研究測量了污染物（如CO和NOX）的排放，以闡明共燃機制。為了確認燃燒情況，我們取樣了完整的粉狀煤炭顆粒以及燃燒後的顆粒，並使用掃描式電子顯微鏡（SEM）計算了顆粒減少的面積。

【2022】參加32nd National Conference on Combustion and Energy會議， 地點: 臺南，臺灣

The Study of Iron Particles Microexplosion Mechanism of Iron Hybrid Methane-air Premixed Flames 【學生論文競賽-能源應用組，獲第一名】

【2022】參加32nd National Conference on Combustion and Energy會議， 地點: 臺南，臺灣

Entropy Generation Rate of MEthane-Nitrous Oxide Diffusion Flames in Triple-Port Burner 【學生論文競賽-燃燒科技組，獲第三名】

【2022】航太碩士論文

三環燃燒器之甲烷/一氧化二氮擴散火焰的熵產生率分析

Entropy Generation Rate of Methane-Nitrous Oxide Diffusion Flames in a Triple-Port Burner

本研究採用三環燃燒器，並通過數值模擬研究CH₄-N₂O擴散火焰的熵生成率隨 R 值的變化。為了研究N₂O分解所產生的熱效應對熵生成率的影響，在CH₄-N₂-O₂擴散火焰中使用了與N₂O相同的氮氧比(N/O = 2)的富氧氣體以利比較。此外，由於N₂O分解後會生成富氧氣體，因此本研究亦利用 CH₄-air擴散火焰研究了富氧效應對於熵生成率的影響。結果表明，在R值為1的條件下，富氧效應並不會影響火焰的性質和熵產生率。但是，當R值足夠大（R=5）時，CH₄-N₂-O₂擴散火焰會呈現雙火焰結構以及更高的熵產生率。由於雙火焰結構，儘管在CH₄-air和CH₄-N₂-O₂擴散火焰中擁有類似的主要反應途徑，但是大部分的主要反應皆會得到增強。因此，由於反應區更強且分佈更廣，化學反應項將主導CH₄-N₂-O₂擴散火焰中熵產生率的增強。在CH₄-N₂O擴散火焰中，當N₂O在靠近中心管口附近發生分解時，會產生放熱反應。此外，由於與N₂O相關的數個反應會參與反應過程，因此在CH₄-N₂O擴散火焰中會呈現出不同於前兩者的主要反應途徑。因此，CH₄-N₂O 擴散火焰中的反應會更加劇烈，且由於反應強度的增強，化學反應項將會導致更高的熵產生率發生於CH₄-N₂O擴散火焰中。當 R 值增加（R = 3）時，雙火焰結構亦會呈現在CH₄-N₂O擴散火焰中，且是在 R 值低於CH₄-N₂-O₂擴散火焰(R = 5)的條件下，這代表N₂O分解的熱效應有助於提升反應的的速率。由於CH₄-N₂O擴散火焰中的反應更劇烈且火焰溫度更高，熵產生率會因此而更進一步增加，並且也由化學反應項主導此差距。CH₄-air擴散火焰於此研究中皆呈現單一火焰結構，其不可逆性主要由熱傳導和化學反應主導。在R值小於5的條件下，CH₄-N₂-O₂擴散火焰亦是如此。但當R值=5條件下，CH₄-N₂-O₂擴散火焰將會形成雙火焰結構，由於反應增強而使化學反應項主導不可逆性的生成。在CH₄−N₂O擴散火焰中，由於N₂O分解的熱效應引起的反應更加強烈，因此在所有R值條件下，化學反應始終主導著不可逆性的產生。此外，在R值 = 3 的條件下，化學反應的不可逆性幾乎是CH₄-N₂-O₂擴散火焰(R = 5)的兩倍，儘管在 CH₄-N₂-O₂ 擴散火焰中亦呈現出雙重火焰結構。有了這些結果，化學反應項將是提高 CH₄-N₂O 擴散火焰效率的關鍵點之一。

【2023】航太碩士論文

整合流化床與史特靈引擎之熱電聯產系統設計與優化

Design and Optimization of Combined Heat Power System Incorporated with Fluidized Bed and Stirling Engine

本研究的主要目標是通過將流化床生質燃料系統與史特林發動機相結合，增強和改進熱電聯產(CHP)系統。強調系統穩定性的重要性，特別注意確保CHP系統的可靠運行。在史特林發動機和加熱端水盤的操作中建立穩定性至關重要，同時保持流化床及其操作條件的穩定性。此系統裝置中，流化床燃燒器上方放置了一張桌子。在這個桌子上，放置了一座史特林發動機，位於燃燒器出口正上方以發電。
在操作區間測試中，為了確保空氣流量為50~60升/分鐘，流化床生質物的進料速率變化在9.5至17克/分鐘之間。為了優化實驗條件，採用了田口法，列舉了9種不同的實驗條件。這些條件著重於流化床的操作區間、物料溫度和出口溫度。
優化後，選定的實驗條件被用來進行煙道氣體分析，包括測量氧氣、二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物，以評估燃燒效率。這個實驗裝置使流化床和史特林發動機的結合能夠運行行熱電聯產。

【2022】參加32nd National Conference on Combustion and Energy， 臺南，臺灣

Design and Performance Analysis of Combined Heat and Power System Incorporating with a Biofuel Fluidized Bed and Stirling Engine 【口頭報告】