초록 ▼

초임계 상태에서 연료액적의 기화에 관여되는 물리적 특성을 규명하고자 한다. 먼저 주위 유동이 없이 정지한 초임계 상태에서의 비정상 연료 액적의 기화 특성을 조사하고 이를 바탕으로 강제대류가 있을 때 초임계 상태에서 압력 변화와 주위 유동이 연료 액적의 기화에 미치는 영향을 연구한다.
초임계 상태에서 연료 액적의 기화 특성을 밝히기 위해, 첫째로 주위 유동이 없이 정지한 초임계 상태에서 연료액적의 기화 특성을 수치 해석한다. 액상과 기상 모두에서 비정상의 질량 보존식, 모멘텀 보존식, 화학종 보존식을 기술하였고, 이를 기초로 하

초임계 상태에서 연료액적의 기화에 관여되는 물리적 특성을 규명하고자 한다. 먼저 주위 유동이 없이 정지한 초임계 상태에서의 비정상 연료 액적의 기화 특성을 조사하고 이를 바탕으로 강제대류가 있을 때 초임계 상태에서 압력 변화와 주위 유동이 연료 액적의 기화에 미치는 영향을 연구한다.
초임계 상태에서 연료 액적의 기화 특성을 밝히기 위해, 첫째로 주위 유동이 없이 정지한 초임계 상태에서 연료액적의 기화 특성을 수치 해석한다. 액상과 기상 모두에서 비정상의 질량 보존식, 모멘텀 보존식, 화학종 보존식을 기술하였고, 이를 기초로 하여 액적 기화에 따른 액적 표면의 감소율을 나타내었다. 압력 변화에 따른 액적의 용해율과 증발엔탈피를 계산하기 위해 분몰 엔탈피를 계산하고, 특히 임계 압력 부근에서 압력 변화에 따른 열역학적 물성치를 해석하였다. 수행 결과를 일반화하기 위해 저온 영역과 고온 영역을 구별하여 압력변화에 따른 탄화수소 연료액적 기화의 상관식을 도출하였다. 둘째로 앞서 규명된 주위 유동이 없는 초임계 상태에서 연료 액적의 기화 특성을 바탕으로 1단 총괄 연소반응을 적용하여 그 연소 특성을 수치 해석하였다. 셋째로 실제 연소 시스템에서 연료액적의 증발 거동을 밝히기 위해 강제 대류가 있는 초임계 상태에서 연료 액적의 기화 특성을 조사하였다. 지배 방정식들은 축대칭 좌표계에 대해 나타내었고, 밀도를 기초로한 유한 체적법을 사용하였으며 압축성 유동을 효율적으로 풀기 위해 시간 전진법에 예조건화스킴을 적용하여 수치 해석 하였다.
1. 임계조건 이하의 온도 및 압력 상태에서부터 초임계상태에 이르는 여러 온도 및 압력 조건에서 연료액적의 기화에 관여되는 열역학적 특성 및 전달특성을 해석하였다.
2. 초임계 상태에서 연료 액적의 기화에 관여되는 열역학적 물성치 및 전달 물성치의 평가 방법을 확립하였다.
3. 주위 유동이 없는 초임계 상태에서의 비정상 액적 기화 특성 규명하였고 그에 관한 상관관계를 도출하였다.
4. 주위 유동이 없는 초임계 상태에서 연료 액적의 연소 특성을 규명하였다.
5. 강제 유동이 있는 초임계 상태에서 연료 액적이 비정상 기화 특성을 확립하였다.

Abstract ▼

We have studied the physical mechanisms associated with droplet vaporization at supercritical condition. The objectives are to acquire the fundamental understanding of physical mechanisms in supercritical transient vaporization of the hydrocarbon fuel droplet in quiescent and forced convective envir

We have studied the physical mechanisms associated with droplet vaporization at supercritical condition. The objectives are to acquire the fundamental understanding of physical mechanisms in supercritical transient vaporization of the hydrocarbon fuel droplet in quiescent and forced convective environments. The droplet vaporization correlation at various pressure conditions was made.
First, in order to numerically analyze supercritical droplet vaporization, conservation equations of mass, energy, and species for both the liquid and gaseous phases were established with the proper account of the droplet surface regression rate. Non-ideal thermodynamic and transport properties at near-critical and supercritical condition were considered. The partial molar enthalpy was calculated for the calculation of the enthalpy of vaporization. Second, on the basis of the previous numerical results, combustion characteristics of single droplet were examined with the application of a single-step irreversible chemical scheme.
Third, in practical spray combustion devices, droplets generally evaporate in convective environments. The transient conservation equations of mass, momentum, energy, and species were expressed in an axisymmetric coordinate system. The governing equations were discretized using finite volume method and were solved time marching method with preconditioning scheme, which renders the numerical algorithm capable of solving small-Mach number fluid flows.
Various droplet sizes and ambient conditions were tested. Finally the vaporization correlation at various pressure conditions was extracted.
1. The characteristics of thermodynamic and transport properties related to subcritical vaporization and supercritical at various pressure condition were evaluated.
2. Characteristics of supercritical transient vaporization at quiescent environments were evaluated.
3. Vaporization correlation at various pressure conditions was extracted.
4. Combustion characteristics of hydrocarbon fuel droplet were evaluated
5. Characteristics of supercritical transient vaporization at forced convective flow conditions were evaluated.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...6
• 3. 결과 및 고찰...13
• 4. 결론...19
• 5. 인용문헌...20