메탄과 수소 혼합 글로벌 메커니즘 및 고압 순산소 마이크로 확산 화염 거동 연구

Abstract

최근 지구온난화로 환경에 미치는 영향을 줄이는 연소 기술에 대한 관심이 증가하게 되었다. 이에 따라 연료로 탄소 배출이 적은 수소 혹은 수소와 메탄 혼합물을 쓰거나 이산화탄소 포집이 유리하도록 산화제로 공기 대신 산소와 이산화탄소 혼합물을 사용하는 순산소 연소에 대한 관심이 커지게 되었다. 본 연구에서는 먼저 고압 순산소 연소에 대한 연구를 진행해보았다. 기존 공기 연소와 다른 고압 순산소 확산 화염의 소염 특성을 서로 다른 크기의 튜브들을 사용하여 비교해보았다. 고압 순산소 연소에서는 화염이 관 내부로 들어가서 꺼질 수 있음을 확인하였고, 이러한 현상을 이해하기 위해 수치해석을 진행하였다. 또한, 고압에서 화염이 존재할 수 있는 최소 연료 유속의 한계를 확인하였다. 이는 향후 연소기 설계 및 제어에 도움이 될 것으로 기대된다. 또한, 미래에는 수소와 메탄이 혼합된 연료가 더욱 자주 사용될 것으로 기대된다. 특히 산업체와 같이 큰 규모에서는 간단한 반응 메커니즘인 글로벌 메커니즘이 필요할 것이다. 본 연구에서는 기존 글로벌 메커니즘의 한계를 극복하여 메탄과 수소 혼합 조건에서 층류연소속도를 예측할 수 있는 글로벌 메커니즘을 개발하였다. 이를 순산소 조건에 대해 적용할 수 있도록 이산화탄소 해리 반응을 추가한 글로벌 메커니즘도 제시하였다.