원형공간내 열분해 연료의 점화 및 화염전파

Abstract

원형공간내 열분해 연료의 점화 및 화염전파에 대해 연구했다. 원형 열분해 연료는 고온으로 유지되는 외부원관 내에 존재한다. 중력으로 인해 밀폐공간내 부력이 발생하게 되고, 이는 화염개시 및 전파에 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 높은 온도차를 고려하게 되므로 기체복사 역시 중요하다. 기초연구로 회색기체로 채워져 있고 고온의 온도차가 존재하는 원형공간내 고온 내부원통에 의해 야기되는 정상, 자연대류 유동의 복사영향에 관한 수치연구를 수행했다. 편심된 위치에서의 열유동에 대한 열복사의 효과를 고찰하기 위해 일반좌표계와 유한체적 복사해법을 도입했다. 투명매질에 대한 수치적 검증 후 상세한 복사효과에 대한 고찰을 수행했다. 본 연구의 결과로 볼 때, 두 원통간에 고온의 온도차가 존재할 경우 복사매질의 존재는 상당한 공간내부의 열, 유동적 변화를 발생시킨다. 앞서 개발된 복사, 유동 해석 기법을 기반으로, 열분해 연료의 점화 및 화염전파 현상을 해석하기 위한 2차원, 비정상 모델을 도입했다. 이론적 모델은 2차원 Navier-Stokes 운동 방정식, 에너지 및 화학종 보존식과 단단 총괄반응, 2차 유한율 Arrhenius 식을 사용한다. 지배빙정식과 초기, 경계조건은 적절한 무차원수로 무차원화한다. 다양한 매개변수, Gr 수, 기체복사, 과열비, 수직편심율과 지름비에 대한 수치해석을 수행했다. Gr 수에 따라 화염거동은 전혀 달라진다. 비교적 작은 과열비의 경우 기체복사 효과는 유동강도를 저하시켜 가시화염은 발생하지 않는다. 큰 과열비의 경우, 표면복사의 경우 더 강한 가시화염이 발생한다. 화염의 시작점은 내부 열분해 연료의 편심위치와 열적 조건에 종속된다. 지름비는 화염거동에 별 영향을 미치지 않는다.