民國115年 高考三級 航空器維修 航空發動機基本原理
第3題
請論述現代燃氣渦輪引擎如何透過燃燒室的設計，以同時減少氮氧化物 （NOx）與碳微粒（Smoke）的排放污染？（20 分）
題目
請論述現代燃氣渦輪引擎如何透過燃燒室的設計，以同時減少氮氧化物 （NOx）與碳微粒（Smoke）的排放污染？（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、問題本質與權衡：氮氧化物（NOx）主要屬熱力型，依澤尔多維奇（Zeldovich）機制，生成量與火焰溫度、氧濃度及高溫停留時間呈強烈正相關；碳微粒（smoke）則源於局部富油高溫裂解。傳統單環設計難以兼顧，須以分級、預混與快速混合等手段同時抑制兩者。
- 二、分級燃燒（staged combustion）：採雙環燃燒室（DAC）或TAPS（Twin Annular Premixing Swirler），低功率時僅由外環或值班噴嘴供油，高功率再投入主環並預混，使各工況均維持適當油氣比，避免局部富油生煙與高溫區生成NOx。
- 三、貧油預混預蒸發（LPP）：燃油先經空氣霧化噴嘴充分霧化、蒸發並與空氣均勻混合後再進入火焰區，消除液滴擴散燃燒之熱點，使火焰溫度均勻且較低，可同時降低NOx與煙；惟須防止回火（flashback）與貧油吹熄（lean blowout）。
- 四、富油—快速混合—貧油（RQL）：第一區以富油燃燒抑制NOx生成，中段注入大量空氣快速降溫並燒盡煙前驅物，末段以貧油完成燃燒；關鍵在混合段之快速與均勻，避免長時間停留在接近化學計量比之高溫當量比區。
- 五、冷卻、噴嘴與驗證：以effusion cooling、隔熱塗層（TBC）降低壁溫並減少冷卻空氣用量，使更多空氣參與燃燒；配合可變幾何、主動燃燒控制與出口溫度分佈（pattern factor）量測，確保燃燒效率、壽命與排放法規（ICAO CAEP）符合性。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。