재순환류가 존재하는 난류확산화염의 층류화 현상에 관한 실험적 연구

초록

실용의 연소장에 있어서는 화염의 안정화 및 고부하연소를 달성하기 위하여 재순환류영역이 존재하는 경우가 많다. 따라서 이러한 화염의 구조를 명확히 하여 그 지식을 기초로 연소유동장에 대한 수치 시뮬레이션의 기술을 발전시키는 것이 매우 중요한 과제이다. 본 연구는 재순환류 영역을 갖는 연소장의 수치 시뮬레이션 기술의 개발을 목적으로 하고 있고, 얻어진 실험 데이타는 시뮬레이션의 대사으로서도 이용하고 싶기때문에 유동장은 가능한 한 단순한 것이 요구되었다. 그래서, 본 연구에서는 연소기로서 림(rim)폭이 매우 넓은 원통노즐을 이용하여 그 원주단면을 Bluff-Body로 한 동축분류확산화염을 연구대상으로 선정하였다. 이 연소장에서는 노즐 직후에 재순환영역을 갖는 화염이 생성된다. 이하, 이 화염을 Bluff-Body 난류확산화염이라 부른다. 이 화염에 대해서는 종래 화염구조, 안정성, 유동장의 상태 등에 대하여 많은 연구가 되어왔고, 근년 미국항공추진연구소를 중심으로 한 정력적인 연구도 보인다. 그러나 이 화염구조의 상세에 대해서는 불분명한 점이 많고, 이 연소장에 대한 수치 시뮬레이션기술은 아직 미숙한 단계이다. 저자들은 이전, 전형적인 연소조건을 대상으로 그 연소시 및 비연소시의 유속 및 난류특성, 온도, 농도등의 비교적 상세한 측정결과를 검토한 바 있다. 그 결과 이 연소장의 특징의 하나로서 연소장의 중심부에 난류강도가 비교적 약한 영역이 존재하고 이 영역의 가스가 연소에 의해 고온이 되면 동점성 계수가 증가하게 되어 분류확산화염에 있어서 보고되어 있는 소위 층류화현상이 나타나 화염구조에 큰 영향을 주고있음을 명확히 하였다. 본 연구에서는 이 현상을 보다 상세히 검토하기위해 연료중의 수소와 질소의 혼합비율만을 조정하여 연료가 갖는 발열량을