초음속 공기 유동장에서의 수소 확산 화염 특성에 대한 연구

The Characteristics of Unconfined Hydrogen Diffusion Flames in Supersonic Air Flows

Mach 1.8의 동축공기를 갖는 수소 난류 화산 화염의 특성을 이해하는 것이 본 연구의 목적이다. 화염길이와 연료유동의 자취에 대한 직접사진, Acetone PLIF, Mie scattering, 수치해석법을 이용하여 화염의 구조를 분석하였다. 연료의 유속를 고정시켰을 때, 공기의 유속 증가에 따른 변화를 측정하였다. 아음속 화염의 길이는 급격히 감소한 반면, 초음속 화염의 길이는 완만하게 증가하였다. 또한 연료 노즐 립의 두께 변화에 따른 화염의 소염 특성을 관찰하였다. 노즐 립의 두께에 따라 화염 안정성이 증가하였는데 이는 초음속 화염의 안정화를 위한 최소 두께 값이 존재함을 나타낸다. 유동장 구조를 분석한 결과, 연료 제트가 고압영역에 가로 막혀서 축방향 모멘텀을 잃고, 저산란 영역이 만들어지는 것을 확인하였다. 또한, 모멘텀을 잃은 연료가 재순환 영역을 따라 순환하면서 긴 체류시간을 갖기 때문에 예혼합 영역이 만들어 졌음이 밝혀졌다.

The objective of this research is to understand the characteristics of a nonpremixed, turbulent, hydrogen jet flame which is stabilized in Mach 1.8 coflowing air flows. In order to investigate the flame structure, flame lengths and fuel trajectories were measured by using direct photography, acetone PLIF, Mie scattering techniques, and numerical simulation. Effect of increasing air velocity was investigated when fuel velocity is fixed. The subsonic flame length was decreased drastically, however the supersonic flame length was increased slowly Then the change of flame blow out characteristics was observed as varying fuel nozzle lip thickness. The flame stability can be increased when fuel nozzle lip thickness was increased, which indicates that the minimum fuel lip thickness ratio is required for the stable supersonic flames. Also, it is found that fuel jet is blocked by high pressure zone and low scattering zone is made. Then the fuel that was moving along the recirculation zone had longer residence time within the supersonic flames, which made partially premixed zone.