A Numerical Analysis of Flame Liftoff Height and Structure with the Variation of Velocity Profiles at the Nozzle Exit

연료노즐 출구에서의 속도 형상에 따른 부상화염 높이 및 화염구조에 관한 수치해석 연구

A numerical analysis is achieved to elucidate the behavior of lifted flames and characteristics of flow near flame zone according to the exit velocity of triple flame, Poiseuille and uniform distribution. For the cases of Poiseuille and uniform nozzle exit velocity, we reviewed previous results with the present numerical results and investigated characteristics of the flame structure near the flame zone comparing with liftoff height generalized by momentum flux. In addition, a close inquiry into the combustion flow characteristics near flame zone was made with the characteristics of velocity, pressure, temperature and chemical reaction. From nozzle to flame zone, center line velocity profile traced well with the velocity profile of typical cold jet flow, but very near the flame zone, this study examined phenomenon that flow velocity decreases very quickly before the flame zone and then increases very quickly after the flame zone. Because flame zone acts as a barrier at the flow region which is before the flame zone and accelerate the flow velocity when it pass through the flame zone. This phenomenon was not clarified previous cold jet flow.

삼지화염과 포와젤(Poiseuille) 및 균일분포 연료출구 속도에 따른 부상화염의 부상거동 그리고 화염면 부근에서의 연소 유동 특성에 대하여 수치적 해석을 수행하였다. 부상화염에 대한 수치해석으로 기존 연구 결과를 검정하고 화염대 부근에서 구조적 특성을 살펴보며 포와젤 및 균일분포 연료출구속도 조건에서 운동량 유속으로 부상높이를 일반화하여 비교하였다. 또한 화염면 부근에서 속도, 압력, 온도, 화학반응속도 등으로 연소 유동 특성을 분석하고 규명하였다. 특히 중심선을 따른 속도 변화의 경우 노즐에서 화염대 부근까지는 전형적인 비반응제트 유동에 따른 속도 분포를 형성하지만 화염대 직전에서 속도가 급격히 감소하다가 화염대를 지나면서 급격히 증가한 후에 다시 감소하는 현상을 규명하였다. 화염대 전의 유동영역에서는 화염대가 장애물역할을 하다가 화염대를 지나고 나면 유동을 가속시켜주는 역할을 하고 있기 때문이다. 이러한 현상은 기존의 비반응 제트 유동으로 규명하지 못하였던 것이다.