부력이 최소화된 대항류확산화염 소화거동에 관한 연구

Abstract

대향류 확산화염의 화염 거동에 대해 진행된 기존의 연구들을 명확히 하기 위해 부력을 제거한 조건에서 실험을 진행하였다. 상온에서 헬륨의 밀도와 화염대 밀도의 차이가 매우 적은 것에 주목하여 대향류 환경에서 장막유동을 헬륨으로 선택함으로써 10-2-10-3 g 수준의 미소 중력 환경을 얻을 수 있는 실험 기법을 개발하였다. 실험은 화염의 점화 후에 연료측에 희석제의 몰분율을 증가시키는 형식으로 진행되었고, 장막유동에 질소를 첨가하는 형식으로 주위 분위기를 형성하는 혼합기체의 밀도를 조정함으로써 부력의 크기를 점차 증가시키며 수행하였다. 전체 신장률에 따른 연료 희석제의 화염소화 임계몰분율은 C-커브 형태로 나타났으며, 순수 메탄화염에서 화염이 소화되는 임계 전체신장률은 4.7 s-1 이며, 이는 본 연구에서 사용되었던 26 ㎜ 직경의 버너보다 큰 버너를 사용하였을 경우 임계 전체신장률은 더 낮은 값을 가질 것이라 판단된다. 한편 부력을 제거하였을 경우 화염은 전체신장률과 희석제의 몰분율에 관계없이 약 4~5 ㎐의 진동이 발생하였으며, 이는 부력과 관계있는 것으로 판단하고 장막유동에 질소를 첨가하는 형식으로 밀도를 달리하여 부력의 크기를 조절한 결과 부력의 크기가 증가할수록 진동주파수는 감소하는 것을 알 수 있었다. 부력이 증가하면 진동 주파수는 감소하는 것을 보면 부력이 화염 소화 직전 나타나는 화염 불안정성을 억제한다는 것을 알 수 있었다. 또한 이러한 진동을 유발하는 요인에 대해서는 루이스 수라고 판단하고 있으나, 이를 명확히 하기 위해서는 후속 연구 진행이 필요하다.