예혼합화염의 화염 내재적인 켈빈-헬름홀츠 불안정성에 관한 연구

Abstract

뒤집어진 원뿔형태의 예혼합 화염 형태에서 유선방향으로 확장하면서 자체-변동하는 화염면의 화염 내재적인 켈빈-헬름홀츠 불안정성에 대해 실험적으로 조사하였고 지배 변수를 이끌어내었다. 화염 펄럭임 현상은 켈빈-헬름홀츠 불안정성에 의해 발생하는데, 그 특성은 고온의 연소가스와 주위공기 사이의 전단층에서 발생하는 부력에 의해 유도되는 현상이냐, 화염면에서의 와도 생성으로 인한 화염 내적적인 불안정성의 의해 유도되는 현상이냐에 따라 달라진다. 이러한 두 가지 원인을 구분하기 위하여 화염면 주위를 원형의 석영유리관을 사용하여 전자의 효과를 제거하였고, 후자의 효과에 주목하였다. 자발광 신호에서 펄럭임 주파수를 계측하였고, 화염 순간상에서 펄럭임 파장을 계측하였다. PIV방법을 이용하여 화염면 수직방향으로의 속도를 계측하여 연소속도로 사용하였다. 기울어진 2-D 화염면에 대해 차원해석과 물리적 특성을 고려한 결과, 펄럭임 주파수는 화염면의 구조에 의해 결정될 것이고 화염두께와 연소속도의 요소를 포함하는 수정 Ri 수에 의하여 표현될 것임을 예측하였다. 실험적인 결과에서 무차원 주파수인 St 수가 수정 Ri 수의 0.869승에 비례함을 파악하였다. 이러한 결과는 화염에서 나타나는 펄럭임 현상이 예혼합기 속도와 버너의 길이 스케일에 의해 영향받는 부력에 의해 유도된 켈빈-헬몰츠 불안정성 이외에, 화염구조에 의해 결정되는 화염 내재적인 켈빈-헬몰츠 불안정성에 의해 영향받을 수 있음을 나타낸다.