고압에서의 액적의 증발 현상에 관한 연구

Abstract

분무연소 및 분무 냉각에서 액적의 증발의 해석을 위한 기초적인 연구로 지난 수십년간 많은 연구가 요구되고 수행되어 왔다. 본 연구에서는 1차원 준정상 spherically symmetric 모델을 통해 미소중력에서 이루어지는 액적의 증발을 해석하고자 한다. 기체상은 정상상태로 가정되고, 물성치들은 온도와 압력 그리고 조성의 함수로 고려되었고, NIST의 웹데이터와 검증을 하였다. 고압효과를 고려하기 위하여 Peng-Robinson 상태방정식을 도입하였으며, 이를 통하여, 고압에서 이루어지는 액적 표면에서의 상평형 결과를 G.S.Zhu가 제시한 수치값과 Knapp et al.이 제시한 실험값과 비교하였고, 잘 맞는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전체적인 증발과정 결과를 Nomura와 Ghassemmi에 의해 수행된 실험과 비교되었으며, 비교적 만족할만큼 부합하는 것으로 나타났다. 검증된 모델을 통해, 다양한 현상들이 관찰되었다. 특히, 대기압력과 온도에 관한 압력이 연구되었는데, 고압은 액적의 표면온도를 높였으며, 대기의 온도에 따라 액적 증발시간을 늘리기도 하고, 줄이기도 하였다. 이러한 경향성은 Nomura에 의해 제시된 주장과도 같은 것이며, 대기압력과 증발질량유속, 그리고 대기온도 등의 변화의 관계를 통해 압력이 대기온도에 따라 증발시간에 미치는 영향이 설명되었다.