메탄과 프로판 혼합에 따른 비예혼합 부상 화염의 부상 높이 변화

Abstract

다양한 내경의 연료관에서 메탄과 프로판, 그리고 그 둘의 혼합물을 연료로 사용하여 비예혼합 부상 화염의 높이를 측정했다. 일반적으로 화염의 부상 높이는 연료의 유속에 비례하여 증가한다고 알려져 있으나, 본 연구에서는 부상 높이가 특정 연료 유속에서 급격히 감소했다가 다시 증가하는 것을 확인했다. 이를 해석하기 위해 기존의 수학적인 포텐셜 코어의 개념이 아닌, 층류 부상 화염의 속도 상사 해를 이용하여 새로운 층류 포텐셜 코어를 정의하고 연료관의 레이놀즈 수(Re)를 통해 결과를 분석했다. 공통적으로 Re ~ 2600 일 때 급격히 감소한 부상 높이가 다시 선형적으로 증가했다. 또한, 포텐셜 코어 위쪽에 위치한 화염만 기존의 층류 부상 화염 이론으로 설명이 가능하고 나머지 영역의 화염은 그렇지 못했다. 따라서 본 연구는 다음과 같은 3가지 영역으로 부상 화염의 영역을 나누었다. 1) 층류 영역: Re < 1200, 층류 포텐셜 코어 길이보다 큰 부상 높이, 2) 천이 영역: Re < 2600, 층류 포텐셜 코어 길이보다 작은 부상 높이, 3) 난류 영역: Re > 2600, 난류 포텐셜 코어 길이보다 큰 부상 높이. 또한, 천이 영역에서 화염의 재부착을 예혼합 화염의 소염 거리 개념을 도입하여 설명하고, 화염 날림이 유동장 자체의 불안정성으로 발생했다고 추측했다. 본 연구를 통해 부상 화염의 안정화 이론 개발에 더욱 기여할 수 있을 것이라 기대된다.