초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
Meso-scale 연소공간에 형성된 화염의 거동 및 구조의 연속 천이 특성을 연구한다. 이를 위한 실험 장치를 구축하고, 화염 구조 이론에 직접 관련된 실험 변수들에 대해 종합적인 비교 실험을 수행하며 meso-scale 화염의 본질을 통합적으로 이해한다. 연료의 종류, 연소기의 특성 길이 스케일, 연료와 산화제의 추가 희석, 고온 조건에서의 연소 특성을 실험한다. 1차년도에 확산화염, 2차년도에 예혼합화염, 3차년도에 부분예혼합화염을 대상으로 연구를 수행한다. 각 연차별로 실험 결과를 바탕으로 화염

□ 연구의 목적 및 내용
Meso-scale 연소공간에 형성된 화염의 거동 및 구조의 연속 천이 특성을 연구한다. 이를 위한 실험 장치를 구축하고, 화염 구조 이론에 직접 관련된 실험 변수들에 대해 종합적인 비교 실험을 수행하며 meso-scale 화염의 본질을 통합적으로 이해한다. 연료의 종류, 연소기의 특성 길이 스케일, 연료와 산화제의 추가 희석, 고온 조건에서의 연소 특성을 실험한다. 1차년도에 확산화염, 2차년도에 예혼합화염, 3차년도에 부분예혼합화염을 대상으로 연구를 수행한다. 각 연차별로 실험 결과를 바탕으로 화염의 구조 변화에 대한 수치 해석과 기존 이론의 개선을 수행한다. 최종적으로 meso-scale 화염의 특성을 종합할 수 있는 이론의 기초를 확립한다.

□ 연구결과
Meso-scale 연소공간에 형성된 다양한 화염의 거동 및 구조 천이를 연구할 수 있는 독창적인 연소기를 다수 개발하였으며, 이들에 대한 지속적인 개선이 이루어졌다. 이러한 연소기를 이용하여 화염 구조 이론에 직접 관련할 수 있는 길이 스케일 조건에서 다양한 변수에 대한 실험이 광범위하게 이루어졌다. 사용된 연료는 수소, 메탄, 에탄, 프로판, DME와 질소 희석 및 산소 부화 등의 조건을 포함한다. 실험의 계획대로 1차년도에는 기본 확산화염에 대한 meso-scale 대향류 연구를 통해서 예혼합화염과 확산화염의 이론적 연계를 도출하였고, 저신장율 조건에서의 화염 불안정성에 대한 연구가 이루어졌다. 2차년도에는 대향류 meso-scale 연소기의 예혼합화염 조건에서의 화염의 역화조건과, 단차를 가진 확장관 연소기에서의 화염 고유의 전파속도 특성에 대한 광범위한 연구가 진행되었다. 3차년도에는 부분예혼합 조건에서 화염의 불안정성의 확대와 저신장률 조건에서의 가연범위의 비선형적 거동에 대한 연구를 수행하였다. 특히 연료와 산화제의 경계층 내에서 가연범위 근처 조건에서 발견되는 닫힌 화염구조에 대한 연구 결과는 화염 고유의 특성을 보여주며, 이를 우리말의 불씨에 착안하여 ‘flame seed’로 명명하고 국제학회에 공식적으로 보고한 것은 매우 의미가 있다. 전체적인 연구를 통해 화염의 구조연계성에 대한 새로운 아이디어를 도출할 수 있었다.

□ 연구결과의 활용계획
기존의 층류화염 구조에 대한 이해를 획기적으로 확대할 수 있었다. 화염구조 천이 연구를 통해 그간 독립적으로 이해 되었던 다양한 화염구조에 대한 연속적 이해가 가능하게 되었다. 또한 확산화염, 예혼합화염, 부분예혼합 화염 조건에 대해 대표적인 meso-scale 실험 장치를 독창적으로 개발할 수 있었으며, 이러한 연소기들은 향후에도 심화 연구에 지속적으로 활용될 수 있다. 일부 장치는 화염의 특성 연구를 위한 표준장치로 개발 가능하다. 본 연구를 통해 화염구조에 대한 새로운 학술적 모델들이 다수 제시되었으며 학문의 심화 발전에 활용될 수 있다.

( 출처 : 요약문 4p )

Abstract ▼

□ Purpose&contents
Characteristics of the transition in the flame behaviors and structures are investigated in meso-scale combustion spaces. New experimental burners were developed to formulate flames within some characteristic length scales. Combustion characteristics affected by fuel types, fue

□ Purpose&contents
Characteristics of the transition in the flame behaviors and structures are investigated in meso-scale combustion spaces. New experimental burners were developed to formulate flames within some characteristic length scales. Combustion characteristics affected by fuel types, fuel dilution, oxygen enhancement, and length scale were investigated. In each year, non-premixed flames, premixed flames, and partially premixed flames were investigated. Combustion theories regarding the flame structures were improved, and an overall theoretical basis was constructed.

□ Result
New novel combustors were developed and improved to investigate various flame behaviors and their structural transition. Using this combustors, various experiments have been extensively conducted with various parameters at some fixed characteristic length scales. Hydrogen, methane, ethane, propane and DME were sued as fuels. The effects of fuel dilution and oxygen enhancement was assessed. In the first year, a theoretical connection between premixed flame and non premixed flame at the quenching condition was investigated using a meso-scale opposed flow burner. Flame instability at low strain rate was also discussed. At the second year, the flashback of a premixed flame within the meso-scale opposed flow burner was investigated. In addition, the flame propagation characteristics within a meso-scale annular stepwise diverging tube was extensively investigated. At the third year, the extension of unstable flame conditions at lower strain rate was explained for the partially premixed flames.

Especially, the experimental results about the flame structure that has a diffusion flame branch enclosed by two premixed flame branches was reported to the international combustion society with the name of “flame-seed” that was named after a Korean word. Various new idea about the structural connection of flame theories and structures could be obtained.

□ Expected Contribution
The understanding of the laminar flame structures has been improved. The scattered individual flame structures could be understood as an integrated form through this study. In addition, three representative experimental burners were developed for diffusion flames, premixed flames, and partially premixed flames.

These burners are expected to be used continuously in the future studies, and can also be improved as standard test burners. New theoretical models on the flame structures were introduced, and they can contribute to the progress in the combustion studies.

( 출처 : SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 22 5. 연구결과의 활용계획 ... 25 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 25 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 26 8. 참고문헌 ... 27 9. 연구성과 ... 29 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 31 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 31 12. 기타사항 ... 31별첨 ... 32끝페이지 ... 54