전기장 제어 확산 화염의 연소 특성 연구

Abstract

본 연구에서는 직류 전기장에 의한 프로판 확산 화염의 연소 특성 변화를 연구하기 위하여 실험을 수행 하였다. 실험은 화염의 진행방향과 평행하게 작용하는 전기장의 영향과, 수직으로 작용하는 전기장에 의한 영향에 대한 두가지 종류로 진행 하였다. 순수 프로판과 압축 공기를 이용한 확산 화염을 만들기 위하여 연소기를 제작하고, 고전압 공급 장치와 전극을 사용하여 연소기 내부에 직류 전압에 의한 전기장을 형성 하였다. 실험에서 설정한 모든 케이스 에서 전극에 전압이 인가됨에 따라 적용된 전기장이 화염의 연소 특성 변화에 중요한 역할을 하는 것으로 관찰 되었다. 전기장의 이온풍의 효과로 인하여 화염의 난류성에 변화를 가져옴과 동시에 화염의 형상까지 변화하였다. 화염에 수직인 방향으로 형성된 전기장의 영향을 관찰하기 위하여 냉각수 공급 장치와 온도 측정장치, 가스 분석기를 사용하여 전극에 인가되는 전압의 크기와 종류에 따른 화염의 형상 변화와, 온도분포 변화, 열 전달률, 질소산화물 생성량 변화를 측정 하였다. 전극에 인가되는 전압이 증가 할수록 화염의 난류성 증가와 형상 변화로 인하여 화염에서 냉각수로의 열 전달률이 증가하였고, 열 전달률이 증가함에 따라 화염내의 열에너지가 감소하여 질소산화물의 생성량은 감소하였다. 전극이 양극으로 대전 되었을 때 그을음 입자들은 버너 표면에 고착 되었으며, 음극으로 대전 되었을 경우엔 전극에 고착 되었다. 화염에 평행인 방향으로 형성된 전기장의 영향을 관찰하기 위하여 열화상 카메라와 가스 분석기를 사용하여 전기장의 크기와 방향에 따른 화염의 길이 변화와 생성되는 질소산화물의 양을 측정 하였다. 전압이 증가 할수록 화염의 길이는 급격히 짧아 졌으며, 화염의 체류 시간 감소로 인한 질소산화물 생성량 또한 감소하였다. 분광계를 사용하여 화염 내부의 CH, $C_2$ 라디칼의 화학 발광 변화를 관찰 한 결과, 반응 구역에서 CH 와 $C_2$ 라디칼의 화학 발광이 감소하였는데, 전기장에 의하여 화염의 반응 구역의 위치가 이동한 것으로 볼 수 있다.