압력 및 산소농도 변화에 따른 HTPB/PGA/PCP 고체연료의 화염전파거동에 관한 연구

Abstract

실험 환경(압력, 공기조성)과 고체 연료(종류, 너비, 두께)의 변화에 따른 화염 전파 특성 및 소화 한계 범위에 미치는 영향을 규명하기 위한 실험을 수행하였다. 실험의 결과로, 고체 연료의 크기와 압력 변화의 영향으로 인한 화염의 강도(세기) 및 길이 변화와 공기 조성(산소 농도) 변화에 따른 화염 전파 속도 및 소화 한계 범위를 확인할 수 있었다. 비교를 위해 동일한 실험조건 하에서 하향 화염 전파 실험을 수행하였다. 상향 화염 전파의 경우 동일한 산소농도 조건에서 고체연료의 크기(너비, 두께)와 압력이 감소할수록 고체연료로 전달된 열에 비해 주위로의 열 손실이 상대적으로 커져 연료표면으로부터 화염이 멀어지는 Stand-off가 발생하여 화염의 강도 및 길이가 감소하였다. 또한 동일한 압력 조건에서 산소농도가 낮아지고 고체 연료의 크기(너비, 두께)가 증가할수록 화염 전파 속도는 감소하고 가연 한계 범위 역시 축소됨을 확인할 수 있었다. 반면 하향 화염 전파의 경우에는 화염 전파와 중력과의 등방성으로 인해 Stand-off가 발생하지 않아 화염의 강도 및 길이에는 변화가 없었으나, 열분해 및 예열 길이가 상향 화염 전파에 비해 짧아 화염 전파 속도에 영향을 끼쳤다.

Experiments to observe the upward and downward flame spread and the extinction over a thin solid fuel according to the variation of pressure and composition of ambient air were conducted in a test-environment chamber. As results of the experiment, effects of pressure variation on the flame intensity and length were analyzed for two sample widths (1 and 2 cm), and flame spread rates and extinction limits were measured as a function of ambient air composition. For comparison, downward spreading tests were also carried the same atmospheres pressure. In the upward spreading case, flame intensity and length are reduced by heat losses in the narrower samples and lower pressure under the same condition for the oxygen of concentration. The reaction rate and flame temperature are reduced because the flame stand-off from the fuel surface increases resulting in higher heat losses to the ambient, compared to heat transferred to the fuel. On the other hand, in the downward spreading case, there was no change in the flame intensity and length because the flame stand-off from the fuel surface did not occur resulting in a same direction of the flame spread and gravity.