(화염전파

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목차

R E P O R T
(화염전파 실험 예비보고서)

1. 실험목적

2. 실험이론

(1) 확산연소 (Diffusive Combustion)
(2) 화염의 종류
- 층류 예혼합화염 (Larminar premixed flame)
- 난류 예혼합화염 (Turbulent premixed flame)
- 화염의 영역 구분
- 확산화염 (Diffusion flame)
- 탄화수소 화염
(3) 연소속도에 영향을 미치는 인자
- 연료 종류
- 온도
- 당량비

R E P O R T
(층류 화염전파 실험 결과보고서)


1. 실험결과 Data sheet 및 계산과정

(1) Propane의 층류 화염실험 결과표
(2) 실험 계산식

2. 실험결과 및 결과 그래프

(1) 실험결과 정리
(2) 화염형태 분석

3. 결론 및 고찰

역화(flash-back)란 무엇인가?

본문내용

급될 때는 청색빛( 높은 온도에서 CH 활성기가 여기상태로 변하여 발생)이 나고, 공기량이 필요 당량비 보다 적을 때는 녹청색빛(C₂활성기의 여기 때문)을 띤다. 혼합기를 매우 농후하게 유지시키면 흑체 복사광이 나타나지만 온도에 따라 눈으로는 밝은 노란색부터 오렌지색까지 나타난다.
(3) 연소속도에 영향을 미치는 인자
- 연료 종류
연소속도는 연료의 종류에 따라서 매우 다르다. 에틸렌(C2H4), 아세틸렌(C2H2)은 C3-C6 그룹보다 큰 화염속도를 나타내지만 메탄은 다소 낮은 값을 보여준다. 또한 수소의 최대 화염속도는 프로판의 최대화염속도보다 몇 배 더 큰데 거기에는 몇 가지 요인이 있다. 첫째, 순수한 수소의 열 확산도는 탄화수소연료의 열 확산도보다 몇 배 더 크며, 둘째, 질량 확산도도 마찬가지로 더 크다. 셋째는 탄화수소 연료에 존재하는 비교적 반응속도가 느린 CO→CO2반응이 수소 화염에는 존재하지 않기 때문에 수소의 반응은 빨리 진행된다.
- 온도
층류화염의 연소속도는 온도에 매우 민감한 의존도를 나타낸다. 미연가스의 온도를 300K에서 600K까지 상승시키면 연소가스의 온도는 미연가스에서 온도가 상승한 만큼 상승하나, 연소속도는 2.89배만큼 빨라지면서 화염두께는 0.52 배로 줄어든다. 그리고 열전달 효과나 혼합비를 변화시켜 연소가스의 온도를 낮춘 경우 화염 두께는 상당히 증가하나 속도는 현저히 감소함을 알 수 있다.
- 당량비
만약 비슷한 연료를 사용하면 아주 과농한 혼합기인 경우를 제외하고는 당량비가 화염속도에 미치는 영향은 당량비가 화염온도에 어떠한 영향을 미치는가에 달려 있다. 따라서 이론 당량비보다 약간 과농한 쪽에서 최대 화염속도를 나타내며 양쪽 방향으로 감소하는 경향을 보인다.
R E P O R T
(층류 화염전파 실험 결과보고서)
1. 실험결과 Data sheet 및 계산과정
(1) Propane의 층류 화염실험 결과표
Equiv-alence
ratio
Air
/Fuel
ratio
Indicated
fuel
flow
Gas
flow
Indicated
air flow
Air
flow
시간
평균
시간
화염
속도
화염
온도
cm
10-3m3s-1
cm
10-3m3s-1
sec
sec
ms-1
℃
0.7
34
0.8
0.016
28
0.545
점화가 되지 않았음
0.8
29.8
1.4
0.018
28
0.545
0.9
26.4
2.3
0.021
28
0.545
5.85
5.88
0.85
1167
1116
1097
5.91
1.0
23.8
2.9
0.023
28
0.545
4.97
4.86
1.029
1184
1124
1093
4.75
1.1
21.64
3.5
0.025
28
0.545
4.84
5.045
0.991
1160
1098
1080
5.25
1.2
19.83
4.1
0.027
28
0.545
6.1
5.91
0.846
1090
1078
1067
5.72
1.3
18.31
5
0.030
28
0.545
11.66
11.36
0.44
796
1050
1031
11.06
(2) 실험 계산식
① Propane의 이론 공연비(A/F, 체적 또는 몰수 기준)
Vair : Vfuel = 5×(1+3.76) : 1 = 23.8 : 1
② 당량비
③ 화염 전파속도 (Flame speed)
화염전파속도[m/s]=화염전파길이[m]/화염전파시간[s]=5/화염전파시간[m/s]
2. 실험결과 및 결과 그래프
(1) 실험결과 정리
당 량 비
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
화염
온도
[℃]
2 [cm]
1167
1184
1160
1090
796
4 [cm]
1116
1124
1098
1078
1050
6 [cm]
1097
1093
1080
1067
1031
화염속도 [m/s]
0.85
1.029
0.991
0.846
0.44
<당량비와 화염온도와의 관계> <당량비와 화염속도와의 관계>
이론적 공연비와 실제 공연비의 비율을 나타내는 당량비에 따라서 화염이 변화하는 것을 볼 수 있다. 당량비에 따른 화염온도와 속도와의 그래프를 분석해 본 결과 당량비가 1인 경우 즉, 실제 공연비가 이론 공연비와 일치하는 부근에서 최대의 화염전파 속도와 화염온도를 나타내었다. 이것은 주어진 연료와 가장 잘 맞는 산소량일 경우에 이상적인 연소반응이 일어나는 것을 화염 속도와 온도를 통해 알 수 있다.
일반적으로 비슷한 연료를 사용할 경우에 아주 과농한 혼합기인 경우를 제외하고는 당량비가 화염속도에 미치는 일차적인 영향은 이것이 화염온도에 어떠한 영향을 미치는가에 달려 있다. 그러므로 이론적으로도 이론 당량비보다 약간 과농한 부근에서 최대 화염속도를 나타내며 양쪽 방향으로 감소하는 경향을 보인다.
(2) 화염형태 분석
연료는 화염의 축 방향으로 흐르면서 바깥쪽으로 확산하는 반면에 산화제는 안쪽으로 확산하려 한다. 따라서 화염면은 공기와 연료가 이론 혼합비로 혼합된 부분으로 정의된다. 즉, 화염표면은 당량비가 1이 되는 지점들을 가상으로 연결한 궤적을 말한다고 할 수 있다. 화학반응이 발생하는 곳은 일반적으로 매우 좁은 지역이다. 화염 끝부분에 도달할 때까지 고온 영역은 고리 모양의 지역으로 제한되어 있다. 화염 위쪽에는 상당히 뜨거운 공기가 존재하므로 부력이 매우 중요한 역할을 하게 되고 부력 때문에 유동은 가속되고 속도가 가속될수록 질량 보존의 법칙에 따라 유선이 서로 가까워지므로 화염은 좁아지게 된다. 탄화 수소계 화염에서는 그을음이 나타나게 되는데 그을음이 산화되어 없어지지 않고 화염을 뚫고 튀어나오는 경우가 있는데 이때 화염 끝자락에는 날개 모양의 형상을 갖는다.
3. 결론 및 고찰
역화(flash-back)란 무엇인가?
버너내부로 화염이 들어가는 현상으로써 혼합기의 연소속도가 분출속도보다 빠른 경우에 일어난다. 즉, 화염이 튜브나 통로에서 소염되지 않고 전파할 때 발생하게 된다. 또한 버너 부근의 온도가 높으면 일어나기 쉽다. 역화에 영향을 주는 인자는 연료 종류, 당량비, 유동속도, 버너의 형태 등이 있다. 그래서, 역화현상을 방지하기 위하여 리프트 한계가 큰 버너를 사용하여 저 연소시의 분출속도를 크게 하고 다공버너에서는 각각의 연료 분출구를 적게 하여

키워드

역화,   flash-back,   층류 ,   화염전파 ,   Propane,   기계실험,   보고서