에탄올-메틸셀룰로오스 젤의 자발화 및 연소 특성에 관한 실험적 연구

Abstract

본 연구에서는 에탄올 젤을 높은 주위온도에 노출하여 자발화를 유도하고, 주위온도별 거동과 연소 특성을 파악하고자 한다. 이를 위해 총 6종의 젤을 합성했다. 에탄올에 메틸셀룰로오스를 9, 10, 11 wt% 첨가한 에탄올 젤 3종과, 에탄올에 각각 메틸셀룰로오스(10, 9, 8 wt%)와 알루미늄(5, 10, 15 wt%)을 첨가한 금속화 에탄올 젤 3종이다. 자발화가 일어나는 주위온도를 찾고 증발 거동을 확인하기 위한 저온(300, 400, 500℃)과 점화 및 연소 특성을 파악할 수 있는 고온(600, 700, 800℃)에서 실험을 수행했다. 액적은 K-타입 열전대에 매달아 증발, 자발화, 연소 특성을 평가했다. 기본이 되는 연료인 에탄올은 700℃부터 점화 및 연소하기 시작했으며 점화지연과 연소율을 계산하였다. 에탄올 젤 액적은 저온에서 완전히 증발하지 않았으나 고온에서는 모든 주위온도에서 점화 되었고 잔여물은 남지 않았다. 젤 액적의 연소에서 젤화제 막에 의해 발생하는 팽창과 증기 분출을 관찰하였다. 모든 경우에서 점화하는 순간 크게 부푸는 모습을 보인다. 또한 에탄올과 에탄올 젤 액적의 점화지연을 비교하였다. 젤화제의 함량이 많아질수록 점화지연이 길어졌다. 주위온도가 높아질수록 점화지연도 짧아졌는데, 800℃에서는 젤화제의 함량과 상관없이 점화지연이 비슷한 값을 나타냈다. 에탄올 젤은 700℃에서 가장 큰 연소율을 나타냈으며 젤화제 함량이 높을수록 연소율은 낮아졌다. 금속화 에탄올 젤의 액적은 모든 주위온도에서 잔여물이 존재했다. 저온에서 증발 거동은 에탄올 젤 액적과 유사했으며 고온에서 연소 시에는 액적이 파열되거나 탈락하는 경우가 관찰되었다. 금속화 에탄올 젤의 점화지연은 에탄올 젤과는 달리 800℃에서도 액적 수명시간의 85% 이상을 차지했다.