本研究以瓦斯烤肉爐具為研究對象，導入早期產品效能模擬，以及紅外線溫度量測技術，企圖在現有產品的限制條件下，探尋最低成本改善爐具使用效能的方法，進行有效的性能改良。在產品改良階段，完整掌握產品的效能表現，以系統化的流程，將燃燒管上的火焰孔配置做修改，調整燃燒管不同區段內，火焰孔的密度，以控制爐具熱源的發熱特性，尋找出間接控制爐具烤盤溫度的方式，最終以量化的實驗數據，作數值分析，以溫度數據與面積比較，呈現出改良設計前後的差異，以便有效的應用在其他戶外瓦斯烤肉爐具設計上，使爐具的效能調整到更容易讓使用者控制的程度。
有了這樣的具體貢獻，便可以降低爐具因為種種肇因，造成的烤盤溫度分佈不均勻的情形，而降低了造成使用者困擾的情況。如此一來，使用者在烤肉進行的同時，即使沒有使用經驗，也能烹調出令人滿意的食物，而不必去適應有”個性”的烤肉爐具，而減損了烤肉的樂趣。

This gas BBQ grill research is about implementing early-stage product performance simulation and using infrared ray temperature recorder to gain sound control of product performance, by using systematic process to manage the gas burning port location and density to manipulate the temperature distribution on grill’s plate. As result, reach lowest cost for design change on current product at the product improvement phase, and to make the performance tuning easier for users.
With such advantages, we will be able to reduce the uneven temperature on the plate caused by many factors and improve user’s satisfaction. Thus, even an inexperienced user can cook satisfying food in stead of losing the fun of BBQ while trying to adapt the grill’s specific characteristic.

目 錄
中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I
英文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II
誌謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．III
目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．IV
表目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．VII
圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．VIII
第一章 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．01
1.1 研究背景與動機．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．01
1.2 研究動機與目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．03
1.3 研究之重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．06
1.4 研究方法與流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．06
第二章 文獻探討．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．09
2.1 燃氣之燃燒模式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．09
2.2 本生式燃燒法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
2.3 本生式燃燒法在燃燒時的各種現象．．．．．．．．．．．．15
2.4紅外線熱像攝影量測．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
2.5 CSA安全規範．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
第三章 研究方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
3.1 研究方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
3.2 模型建構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29
3.2.1 虛擬效能模擬．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
3.2.2 紅外線熱影像驗證．．．．．．．．．．．．．．．．37
3.3 實驗變數之定義與調整．．．．．．．．．．．．．．．．．41
3.4 改良設計打樣製作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44
3.5 實驗數據之取得與處理．．．．．．．．．．．．．．．．．46
3.6 CSA安全規範測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
第四章 結果與討論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
4.1 設計變更一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
4.2 設計變更二．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59
4.3 設計變更三．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．68
4.4 設計變更四．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76
4.5 市場領導品牌熱分佈特性．．．．．．．．．．．．．．．．84
4.6 CSA安全規範測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．86
4.7 設計變更之結果與討論．．．．．．．．．．．．．．．．．96
第五章 結論與未來展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．99
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．105
圖 目 錄
圖1.1.1 爐具市場佔有率 ．．．．．．．．．．．．．．．．．01
圖1.1.2 爐具內的燃燒管 ．．．．．．．．．．．．．．．．．02
圖1.1.3 完整的爐具外觀 ．．．．．．．．．．．．．．．．．02
圖1.2.1 瓦斯烤肉爐改良的概念 ．．．．．．．．．．．．．．04
圖1.2.2 六標準差概念 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．05
圖2.2.1 本生式燃燒原理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．12
圖2.2.2 本生燃燒火焰之特性 ．．．．．．．．．．．．．．．14
圖2.3.1 回火現象(Flash Back) ．．．．．．．．．．．．．．17
圖2.3.2 回火現象(Lighting Back) ．．．．．．．．．．．．18
圖2.4.1 光譜分佈範圍 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
圖2.4.2 紅外線熱影像 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
圖2.4.3 SAT-HY6800外觀圖 ．．．．．．．．．．．．．．．23
圖3.1.1 研究流程 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
圖3.2.1 燃燒管使用中狀態 ．．．．．．．．．．．．．．．．29
圖3.2.2 燃燒管外觀 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29
圖3.2.3 燃燒管的細小幾何特徵 ．．．．．．．．．．．．．．29
圖3.2.4燃燒管側視外觀圖 ．．．．．．．．．．．．．．．．30
圖3.2.5燃燒管上視外觀圖 ．．．．．．．．．．．．．．．．30
圖3.2.6 重新定義後的細小幾何特徵．．．．．．．．．．．．30
圖3.2.1.1 經過網格處理的虛擬燃燒管模型．．．．．．．．．31
圖3.2.1.2 在火焰孔特徵附近加密的網格．．．．．．．．．．32
圖3.2.1.3 燃燒管的瓦斯注入口附近的網格．．．．．．．．．32
圖3.2.1.4 網格的品質分佈圖．．．．．．．．．．．．．．．33
圖3.2.1.5 增加了平流層的網格模型．．．．．．．．．．．．33
圖3.2.1.6 虛擬燃燒空間．．．．．．．．．．．．．．．．．35
圖3.2.1.7 依照CSA標準施加瓦斯注入壓力．．．．．．．．．35
圖3.2.1.8 虛擬燃燒空間的開口．．．．．．．．．．．．．．36
圖3.2.1.9 燃燒模擬後的溫度分佈．．．．．．．．．．．．．36
圖3.2.2.1 測試環境．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
圖3.2.2.2 以電腦同步記錄．．．．．．．．．．．．．．．．37
圖3.2.2.3 紅外線攝影結果．．．．．．．．．．．．．．．．38
圖3.2.2.4 烤盤的紅外線溫度圖．．．．．．．．．．．．．．39
圖3.2.2.5 經過數值分佈處理的結果．．．．．．．．．．．．40
圖3.3.1 各種實驗變數．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
圖3.3.2 將燃燒管劃分成五個區域．．．．．．．．．．．．．44
圖3.4.1 彎管前的尺寸圖．．．．．．．．．．．．．．．．．45
圖3.4.2 彎管後的尺寸圖．．．．．．．．．．．．．．．．．45
圖3.5.1 紅外線攝影機取得實驗數據之原理．．．．．．．．．47
圖3.6.1 強風實驗示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．49
圖4.1.1 燃燒管各區段的火焰孔調整百分比．．．．．．．．．51
圖4.1.2 設計變更一的上視圖外觀．．．．．．．．．．．．．52
圖4.1.3 設計變更一的側視圖外觀．．．．．．．．．．．．．52
圖4.1.4 設計變更一的模擬結果．．．．．．．．．．．．．．53
圖4.1.5 設計變更一的加工圖面．．．．．．．．．．．．．．54
圖4.1.6 設計變更一的打樣成品．．．．．．．．．．．．．．54
圖4.1.7 設計變更一的測試結果．．．．．．．．．．．．．．56
圖4.1.8 原始產品的測試結果．．．．．．．．．．．．．．．56
圖4.1.9 設計變更一與原始產品的溫度分佈直方圖．．．．．．58
圖4.2.1 設計變更二各區段的火焰孔調整百分比．．．．．．．60
圖4.2.2 設計變更二的上視圖外觀．．．．．．．．．．．．．61
圖4.2.3 設計變更二的側視圖外觀．．．．．．．．．．．．．61
圖4.2.4 熱分佈模擬結果．．．．．．．．．．．．．．．．．62
圖4.2.5 加工平面圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63
圖4.2.6 打樣成品．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63
圖4.2.7 設計變更二的實驗結果．．．．．．．．．．．．．．65
圖4.2.8 原始產品的實驗結果．．．．．．．．．．．．．．．65
圖4.2.9 設計變更二與原始產品的溫度分佈直方比較．．．．．66
圖4.3.1 設計變更三的火焰孔異動百分比．．．．．．．．．．69
圖4.3.2 上視外觀圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70
圖4.3.3 側視外觀圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70
圖4.3.4 效能模擬結果．．．．．．．．．．．．．．．．．．71
圖4.3.5 加工平面圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
圖4.3.6 打樣成品圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
圖4.3.7 設計變更三的實驗結果．．．．．．．．．．．．．．74
圖4.3.8 原始產品的實驗結果．．．．．．．．．．．．．．．74
圖4.3.9 設計變更三與原始產品的溫度分佈直方比較圖．．．．75
圖4.4.1 正常移火的火焰孔間距量測．．．．．．．．．．．．77
圖4.4.2 移火不良的間距量測．．．．．．．．．．．．．．．77
圖4.4.3 將雙排孔的距離再縮短．．．．．．．．．．．．．．78
圖4.4.4 改成Z字型的排列方式．．．．．．．．．．．．．．79
圖4.4.5 設計變更四的火焰孔數量異動百分比．．．．．．．．80
圖4.4.6 打樣成品．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81
圖4.4.7 設計變更四的實驗結果．．．．．．．．．．．．．．82
圖4.4.8 原始產品實驗結果．．．．．．．．．．．．．．．．82
圖4.4.9 設計變更四與原始產品溫度分佈值方圖．．．．．．．83
圖4.5.1 設計變更四的實驗結果．．．．．．．．．．．．．．84
圖4.5.2 競爭產品的實驗結果．．．．．．．．．．．．．．．84
圖4.5.3 設計變更四與競爭產品的溫度分佈直方圖．．．．．．85
圖4.6.1 強風測試示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．87
圖4.6.2 風洞外觀圖一．．．．．．．．．．．．．．．．．．89
圖4.6.3 風洞外觀圖二．．．．．．．．．．．．．．．．．．89
圖4.6.4 實驗進行中的情形．．．．．．．．．．．．．．．．90
圖4.6.5 原始燃燒管的點火速度．．．．．．．．．．．．．．91
圖4.6.6 改良後燃燒管的點火速度．．．．．．．．．．．．．92
圖4.6.7 原始產品的烤盤九點溫度量測．．．．．．．．．．．93
圖4.6.8 設計變更四的烤盤九點溫度量測．．．．．．．．．．94
圖4.6.7 原始產品中溫區域．．．．．．．．．．．．．．．．95
圖4.6.8 改良後的中溫區域．．．．．．．．．．．．．．．．95
圖5.1 平均溫度比較圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．100
圖5.2 溫度標準差比較圖．．．．．．．．．．．．．．．．．100
圖5.3 一次混氣口的氣流現象．．．．．．．．．．．．．．．102
圖5.4 燃燒管下方的混氣口．．．．．．．．．．．．．．．．102
圖 5.5 市場領導品牌專利設計．．．．．．．．．．．．．．．103

表 目 錄
表2.1.1 各種燃燒方式與特性．．．．．．．．．．．．．．．10
表2.4.1 SAT HY-6800 性能參數．．．．．．．．．．．．．．23
表4.6.1 燃燒器性能試驗結果．．．．．．．．．．．．．．．90
表4.6.2 強風試驗結果．．．．．．．．．．．．．．．．．．93
表4.6.3 原始產品的爐面九點溫度量測值．．．．．．．．．．94
表4.6.4 設計變更四的爐面九點溫度量測值．．．．．．．．．94
表5.1 設計變更的各項效能指標．．．．．．．．．．．．．．99

[1] 劉晉奇，“如何進入CAE的世界”，電腦繪圖與設計雜誌162期，
2001
[2] 程頂嘉，“提升液化天然氣瓦斯爐熱效率之研究”，碩士論文，國立
中興大學機械工程學研究所。
[3] 蕭世恭，“瓦斯爐頭參數爐具之影響分析”，碩士論文，國立中興大
學機械工程學研究所。
[4] Francis, W.E.,J. Inst. Gas Eng. 4,1964.
[5] 吳瑞禮，“瓦斯爐具基礎學”，吳瑞禮發行。
[6] Frank M. White, Fluid Mechanics, Second Edition, McGraw-Hill
Publishing Co., 1986.
[7] http://www.ansys.com/products/cfx.asp
[8] http://www.insc.com.tw/6800.htm
[9] 林清福，李建樺，“CATIA V5產品造型實務設計”， 高立出版集團。
[10] Ansys, Inc., “Ansys CFX Tutorials”, Ansys CFX Release 11.0
[11] Ansys, Inc., “icemcfd_tutorial”, Ansys ICEM CFD Release 11.0
[12] 佟里欣，“工程計算CAE軟體探秘”， 文魁資訊股份有限公司。
[13] Canadian Standards Association，“CSA1.18-2004.pdf”.
[14] Canadian Standards Association，“CSA1.18a-2006.pdf”.
[15] Pro-Iroda Industries, Inc.， “Pro-Iroda CSA1.18-2006 Test
Chart V1.1.Doc”.