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일산화탄소/수소 혼합기의 가열된 동축류 제트에서 자발화된 층류 부상화염의 특성
Characteristics of Autoignited Laminar Lifted Flames in Heated Coflow Jets of Carbon Monoxide/Hydrogen Mixtures 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.36 no.6 = no.321, 2012년, pp.639 - 646  

최병철 ((사)한국선급 환경플랜트팀) ,  정석호

초록
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가열된 동축류 공기에서 일산화탄소/수소의 층류 제트에 대한 자발화된 부상화염의 특성을 조사하였다. 그 결과로 자발화가 발생하지 않는 영역에서는 제트속도의 증가에 따라 노즐부착화염에서 안정화된 층류 부상화염을 거치지 않고 바로 화염날림이 발생하였다. 자발화 영역에서, 질소 희석된 일산화탄소의 자발화된 부상화염은 산화제 내의 함유된 수분에 따른 점화지연시간의 변동으로 그 부상높이가 크게 영향을 받았다. 그리고 수소에 의한 저온 자발화 영역에서 자발화된 부상화염은 제트속도의 증가에 따라 부상높이가 감소하다가 증가하는 독특한 현상이 발생하였다. 점화지연시간에 의한 자발화된 층류 부상화염의 안정화 메커니즘을 기반으로, 그 부상높이의 거동은 점화 과정에서 발생하는 열손실의 영향뿐만 아니라 연료제트의 운동량과 질량의 선호 확산에 의하여 영향을 받을 수 있다는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The characteristics of autoignited lifted flames in laminar jets of carbon monoxide/hydrogen fuels have been investigated experimentally in heated coflow air. In result, as the jet velocity increased, the blowoff was directly occurred from the nozzle-attached flame without experiencing a stabilized ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 일탄산화탄소/수소 연료에 대하여 가열된 동축류 공기에서 자발화된 부상화염의 특성을 조사하였다. 그리고 일산화탄소/수소의 이종 연료에 대한 점화지연시간의 특성을 조사하였다.
  • 본 연구에서는 자발화된 부상화염의 안정화에 중요한 영향을 미치는 점화지연시간을 토대로, 일산화탄소/수소의 자발화된 부상화염의 특성에 대하여 아래와 같이 고찰하였다.
  • 일산화탄소/수소 혼합기의 층류화염 전파속도와 점화 특성 들은 그 혼합비율, 온도 및 압력 등의 다양한 초기 조건에 대하여 연구되었다.(1~5) 그러나 비예혼합 층류 제트의 자발화 특성에 대한 연구는 제한되어 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
동축류 제트가 자발화 온도 이상으로 가열되면 무엇이 생성되는가? 동축류 제트가 자발화 온도 이상으로 가열되면, Schmidt number (Sc)와 무관하게 자발화된 층류 부상화염이 생성되었고, 그 안정화 메커니즘에는 유동 특성에 대하여 열손실을 고려한 점화지연시간이 중요한 역할을 하였다.(9,12,13) 이러한 자발화된 층류 부상화염에 관한 연구는 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4), 에탄(C2H6), 프로핀(C3H6), 프로판(C3H8), 노말부탄(n-C4H10) 및 메탄/수소(CH4/H2)의 혼합기에 대하여 체계적으로 연구되었다.
상대적으로 낮은 초기 온도에서 층류 및 난류 부상화염의 안정화 메커니즘에 중요한 역할을 하는 것은? 최근에 고온의 동축류 공기에서 층류 및 난류 연료 제트의 부상화염에 대한 특성이 실험적으로 조사되었다.(6~9) 상대적으로 낮은 초기 온도에서 층류 및 난류 부상화염의 안정화 메커니즘에는 초기 온도에 대한 화염 선단의 전파속도가 중요한 역할을 하였다.(10,11)
합성가스(Syngas) 상용화에 어려움이 있는 이유는? 그리고 청정 대체연료로서 가스터빈의 활용에 대한 관심이 급증하고 있다. 그러나 메탄 등과 같은 연료와 비교하여 화염안정화 및 역화 등의 연소특성이 다르게 나타나기 때문에 상용화에 아직 어려움이 있다.
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참고문헌 (19)

  1. Natarajan, J., Lieuwen, T. and Seitzman, J., 2007, "Effect of Hydrogen Addition on Autoignited Methane Lifted Flames," Combust. Flame, Vol. 151, pp. 104-119. 

  2. Natarajan, J., Kochar, Y., Lieuwen, T. and Seitzman, J., 2009, "Effect of Hydrogen Addition on Autoignited Methane Lifted Flames," Proc. Combust. Inst., Vol. 32, pp. 1261-1268. 

  3. Dong, C., Zhou, Q., Zhao, Q., Xu, T. and Hui, S., 2009, "Effect of Hydrogen Addition on Autoignited Methane Lifted Flames," Fuel, Vol. 88, pp. 1858-1863. 

  4. Fotache, C.G., Tan, Y., Sung, C.J. and Law, C.K., 2000, "Effect of Hydrogen Addition on Autoignited Methane Lifted Flames," Combust. Flame, Vol. 120, pp. 417-426. 

  5. Walton, S.M., He, X., Zigler, B.T. and Wooldridge, M.S., 2007, "Effect of Hydrogen Addition on Autoignited Methane Lifted Flames," Proc. Combust. Inst., Vol. 31, pp. 3147-3154. 

  6. Kim, K.N., Won, S.H. and Chung, S.H., 2006, "Characteristics of Turbulent Lifted Flames in Coflow Jets with Initial Temperature Variation," Proc. Combust. Inst., Vol. 31, pp. 1591-1598. 

  7. Choi, B.C. and Chung, S.H., 2008, "Characteristics of Methane Turbulent Lifted Flames in Coflow Jets with Initial Temperature Variation," Trans. KSME (B), Vol. 32 No. 12, pp. 970-976. 

  8. Kim, K.N., Won, S.H. and Chung, S.H., 2007, "Characteristics of Laminar Lifted Flames in Coflow Jets with Initial Temperature Variation," Proc. Combust. Inst., Vol. 31, pp. 947-954. 

  9. Choi, B.C., Kim, K.N. and Chung, S.H., 2009, "Autoignited Laminar Lifted Flames of Propane in Coflow Jets with Tribrachial Edge and Mild Combustion," Combust. Flame, Vol. 156, pp. 396-404. 

  10. Chung, S.H. and Lee, B.J., 1991, "On the Characteristics of Laminar Lifted Flames in a Nonpremixed Jet," Combust. Flame, Vol. 86, pp. 62-72. 

  11. Lee, B.J. and Chung, S.H., 1997, "Stabilization of Lifted Tribrachial Flames in a Laminar Nonpremixed Jet," Combust. Flame, Vol. 109, pp. 163-172. 

  12. Choi, B.C. and Chung, S.H., 2010, "Autoignited Laminar Lifted Flames of Methane, Ethylene, Ethane, and n-Butane Jets in Coflow Air with Elevated Temperature," Combust. Flame, Vol. 157, 2348-2356. 

  13. Choi, B.C., 2011, "Effect of ignition delay time on autoignited laminar lifted flames," Trans. KSME (B), Vol. 35 No. 10, pp. 1025-1031. 

  14. Choi, B.C. and Chung, S.H., 2012, "Effect of Hydrogen Addition on Autoignited Methane Lifted Flames," Trans. KSME (B), Vol. 32 No. 1, pp. 75-81. 

  15. Choi, B.C. and Chung, S.H., 2012, "Autoignited Laminar Lifted Flames of Methane/Hydrogen Mixtures in Heated Coflow Air," Combust. Flame, http://dx.doi.org/10.1016/j.combustflame.2011.11.016. 

  16. Shaddix, C.R., 1999, "Correcting Thermocouple Measurements for Radiation Loss: A Critical Review," Proceedings of the 33rd National Heat Transfer Conference, Albuquerque, New Mexico. 

  17. Kee, R.J., Rupley, F.M. and Meeks, E., 1996, "CHEMKIN-III: A Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-Phase Chemical and Plasma Kinetics," SAND96-8216. 

  18. Davis, S. G., Joshi, A. V., Wang, H. and Egolfopoulos, F., 2005, "An Optimized Kinetic Model of H2/CO Combustion," Proc. Combust. Inst., Vol. 30, pp.1283-1292. 

  19. Zeldovich, Ya.B., 1985, The Mathematical Theory of Combustion and Explosions, Consultants Bureau, pp. 1-185. 

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