[논문]Slit-jet 노즐을 통해 분사되는 탄화수소계 액체연료 분무의 연소특성

김민성; 김정수

doi:10.6108/kspe.2016.20.1.043

Slit-jet 노즐을 통해 분사되는 탄화수소계 액체연료 분무의 연소특성
Combustion Characteristics of the Atomized Hydrocarbon Liquid-fuel Spray Injected through a Slit-jet Nozzle 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.20 no.1, 2016년, pp.43 - 49

김민성 (Department of Mechanical Engineering, Pukyong National University) , 김정수 (Department of Mechanical Engineering, Pukyong National University)

초록
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초음파 진동자에 의해 미립화된 탄화수소계 액체연료를 분사하는 버너(burner)의 연소특성을 고찰하기 위한 실험이 수행되었다. DSLR 카메라를 이용하여 미립화된 액체연료의 화염형상을 획득하였고, 이미지 후처리를 통해 그 구조를 면밀히 분석하였다. 또한 열전대를 이용하여 연소장의 온도도 측정하였다. 그 결과, 버너 내부에 주입되는 수송가스의 질량유량과, 초음파 진동자의 진폭에 비례하여 화염의 크기가 커졌다. 또한, 버너 작동조건의 변이에 따른 연소장의 온도분포를 측정, 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

An experimental study was performed to investigate the combustion characteristics of the liquid hydrocarbon fuel atomized by an ultrasonic oscillator. Configuration of the flame was caught by the DSLR camera, and images were analyzed in detail through a post-processing. Temperature of the flame zone was measured using thermocouple. It is resulted that the flame area is proportional to the mass flow rate of carrier gas as well as the voltage applied to the ultrasonic oscillator. Temperature of the flame zone is measured and analyzed according to variation in the operating condition of the burner, too.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

초음파를 이용한 미립화 방법으로는 초음파 진동자 표면에서 직접적인 진동에 의해 액체를 미립화시키는 방법과 초음파 에너지가 액체를 통과하여 액체의 표면에서 미립화가 일어나게 하는 방법 등이 있다[6]. 특히, 고주파수의 초음파 진동자를 이용해 후자의 방법으로 액체연료를 미립화시킬 경우, 기화식 연소기에서 액체연료 기화기가 없어도 즉각적인 연소가 가능한 크기의 액적을 얻을 수 있다고 보고됨에 따라[9], 본 연구진은 액체연료 공급계의 설계기술 고도화를 통한 연소장치개발을 목적으로 2.4 MHz의 진동자를 이용해 액체연료의 미립화 및 분무연소가 가능한 장치를 설계/제작 하였으며, slit-jet 노즐을 통해 분사되는 액체연료의 분무량 및 진동자의 진폭의 변화에 따른 화염특성을 고찰하고자 한다.

제안 방법

5 m 이상)[12], 본 실험에서 생성되는 연소장에 적용하기에 문제점이 있다. 그리하여 Fig. 2와 같이 slit 노즐의 중심부에 열전대를 위치시키고, 수직 이송장치를 이용해 위치를 변화시키면서 연소장의 온도를 측정하였다.
초음파에 의해 미립화된 탄화수소계 액체연료 (kerosene) 분무의 화염특성 고찰을 위한 실험으로, 수송가스의 유량을 변화시킬 때, 화염형상변이 및 연소장의 온도변이를 관찰하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

성능/효과

1. 화염형상은 수송가스 유량과 진동자에 인가되는 전압의 영향을 받으며, 수송가스의 유량과 입력전압이 높을수록 화염의 크기는 증가하였다.
2. 본 실험 조건에서 생성되는 화염은 길이가 0.6 mm 부근에서 황염과 청염의 경계층이 관찰되었으며, 수송가스 유량이 증가하면 황염의 크기는 더욱 커졌다.
4. 수송가스의 유량이 3.0~4.0 SLM인 경우 노즐 위 0.1~0.2 mm 지점에서 연소장의 온도가 가장 높았으나, 그 이상의 유량에서는 빠른 분무속도로 인해 주변 기류의 저항이 심화되어 위치변화에 따른 온도 변이가 매우 불규칙하였는데, 이는 반응대의 확대와 난류로의 천이로 인한 화염의 불안정성증대에 기인하는 것으로 판단된다.

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