Combustion Efficiency Enhancement of Boron-Based Nanofluid via a Micro-Explosion-Inducing Additive

초록

보론은 고에너지 물질 중에서도 가장 높은 이론 발열량을 지니고 있기에, 연료의 연소 성능을 향상하기 위한 첨가제로써 활발히 연구되고 있다. 그러나, 보론은 표면에 존재하는 자연 산화막으로 인해 탄화수소 연료에서 침전으로 인한 분산 안정성 문제가 존재하여, 연소 시 효율이 감소하는 현상이 발생한다. 본 연구에서는 보론의 표면 산화막을 연소 중 효과적으로 제거하기 위해 티타늄을 미소 폭발 유도체로 연료에 함께 투입하여 효과를 검증하였다. 연소 효과의 극대화를 위해, 다양한 조건으로 실험을 진행하였으며, 조건들은 다음과 같다. 첫 번째로, 보론의 표면에 실란 처리를 진행하고 티타늄과 함께 연료에 첨가하였으며, 두 번째로 보론과 티타늄을 혼합한 뒤 실란 처리를 진행하고 연료에 첨가하였으며, 마지막으로 보론과 티타늄의 표면에 실란 처리를 각각 진행하고 연료에 첨가하였다. 더불어, 보론과 티타늄의 비율을 1:1부터 10:1까지 조절하고 연료에 대한 첨가량(보론 + 티타늄)은 2.0 wt%로 고정하여 발열량과 분산 안정성을 측정하였다. 그 결과, 첫 번째 조건인 보론의 표면에 실란 처리를 진행하고 티타늄과 함께 연료에 첨가하고 비율은 보론과 티타늄을 5:1 비율로 혼합하였을 때 가장 높은 발열량을 나타내었다. 이는, 나머지 조건에서 티타늄의 표면에 실란을 도입할 경우 연소 효율이 높은 티타늄이 실란에 의해 연소 방해 현상이 발생하여 미소 폭발을 발생시키기 어렵기 때문으로 판단된다. 본 연구를 통해 빠른 연소 성능을 지닌 티타늄 첨가제로 하여 보론과 함께 연료에 투입하였을 때, 미소 폭발에 의해 보론의 연소 효율이 성공적으로 향상됨을 확인할 수 있었다. Key words: Boron nanoparticles(보론 나노입자), Micro-explosion(미소 폭발), Silane capping(실란 도입), Combustion(연소), Nano-additive(나노첨가제) 사 사 본 연구는 2025년 정부(방위사업청)의 재원으로 국방과학연구소의 지원을 받아 수행된 미래도전국방기술 연구개발사업임(No. 915066201).