Abstract
This is the first paper on the combustion characteristics of landfill gas in a constant volume combustion chamber for a large displacement volume commercial engine, and it discusses the fundamental characteristics of fuel from the viewpoint of thermochemistry and thermodynamics and compares these results with experimental ones. The results show that the final pressures obtained from theoretical analysis vary under the same heating value owing to the change in the constant volume specific heat owing to the difference in the burned gas composition according to the fuel gas compositions; furthermore, the stoichiometric ratios and trends of analytical and experimental pressures coincide very well, although some minor differences are observed between the two. The root cause of the difference is the heat transfer, which changes the specific heat and lowers the temperature considerably, in the real combustion process. In addition, the large chamber volume and ignition position promote the heat transfer to the wall. Finally, the fuel conversion efficiency increases as the methane mol fraction decreases, and it is maximum when the stoichiometric ratio ranges from 0.8 to 0.9. These increases due to the composition and stoichiometric ratio could sufficiently compensate the decrease due to the specific heat ratio drop, LFG might be more advantageous than pure methane in a real engine.
본 논문은 대형 상용기관을 모사한 정적연소실에서 매립지 가스의 연소 특성에 대한 복수의 논문 중 첫 논문으로, 연소특성을 연소화학양론 및 열역학적 측면에서 분석하고 이를 실험 결과와 비교하였다. 연소화학양론 및 열역학적 분석에서 연료조성과 당량비에 따라 기연가스의 조성이 변화하고 이에따라 정적비열이 변화하여 동일 발열량에 최종압력은 변화하며, 이것은 실제 연소압력 측정결과와 대체로 일치한다. 연료조성과 당량비에 따른 상대적 압력변화 및 연소기간도 분석결과와 실험결과가 경향상 일치한다. 분석과 실험 결과 사이의 차이는 열전달량의 차이에 기인한 온도저하 및 이에 따른 정적비열의 변화가 주요 원인이며, 연소실 체적과 점화위치도 연소기간과 온도에 큰 영향을 준다. 최종적으로 정적연소에서 연료변환효율은 메탄 분율이 작을수록 그리고 당량비 0.8 ~ 0.9 사이에서 최대가 되며, 이러한 연료변환효율의 증가는 실물기관에서 비열비 감소의 효과를 상쇄하고 남으므로 순수 메탄보다 LFG의 연소가 효율 면에서 유리하다.
