작은 원형 노즐에서 메탄-수소 혼합 연료의 연소 특성에 대한 실험적 연구 (1) - 화염가시화 = Experimental Study on Combustion Characteristics of Methane-Hydrogen Mixed Fuel in Small Circular Nozzle (1) - Flame Visualization

국문 초록 (Abstract)

메탄-수소 혼합연료의 연소특성을 파악하려는 시도의 일환으로, 분젠버너에 직경 3 mm 이하인 작은 노즐을 사용하여, 수소가 저 비율로 혼입된 연료의 화염을 연소 조건을 달리하여 슐리렌, 직접사진 및 적외선 기법으로 가시화한 후 다음과 같은 결론을 얻었다. 노즐이 작은 경우, 크기 효과에 의해 화염의 존재는 크기에 지배적 영향을 받지만 개수의 영향은 거의 없다, 이 때 버너로 역할을 할 수 있는 최소 노즐 크기는 3 mm 정도이고, 수소 분율 0.20 이상에서 당량비와 레이놀즈수가 낮으면 역화의 가능성이 있다. 아울러 수소 혼입비율이 높고 당량비가 클수록 그리고 레이놀즈수가 작을수록 화염이 존재할 가능성이 크다. 마지막으로 수소혼입비율이 증가할수록 화염의 높이와 반응 영역의 크기는 감소하지만, 수소 분율의 차이가 크지 않으면 개별화염의 변동이 분율에 따른 평균적인 차이보다 큰 경우도 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To investigate the combustion characteristics of methane-hydrogen mixed fuel, flame visualization was performed using small nozzles with diameters of less than 3 mm in a Bunsen burner. The following conclusions were drawn from schlieren imaging, direct photography, and infrared analysis under various combustion conditions for low-hydrogen-fraction fuels. When the nozzle size is small, flame presence is primarily influenced by size effects, while the number of nozzles has minimal impact. The minimum nozzle diameter capable of sustaining combustion as a burner is approximately 3 mm. At a hydrogen fraction of 0.20 or higher, backfire may occur when the equivalence ratio and Reynolds number are low. Additionally, as the hydrogen mixing ratio increases, a flame is more likely to form under conditions of higher equivalence ratios and lower Reynolds numbers. Furthermore, increasing the hydrogen fraction results in a reduction in flame height and reaction zone size. However, when the difference in hydrogen fraction is small, individual flame fluctuations may exceed the average variation expected based on the fraction.