• 대한기계학회논문집B
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• 제35권2호
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• pp.179-188
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• 2011

본 연구에서는 합성가스-공기 화염의 셀 불안정성에 있어서 탄화수소 연료의 첨가효과를 알아보기 위하여 상온, 고압, 정적상태의 연소실에서 실험을 수행하였다. 층류화염전파속도는 상세반응기구와 전달물성치를 사용하여 계산하였고 이를 실험으로 측정된 값과 비교하였다. 탄화수소 연료가 첨가된 합성가스-공기 화염의 셀 불안정성은 수력학적 불안정성과 확산-열 불안정성의 관점에서 평가되며 희박예혼합 화염에 대해 실험으로부터 측정된 셀불안정성을 유발하는 임계 Peclet 수는 이론적으로 얻어진 값과 비교하였다. 실험결과는 반응혼합물에 탄화수소 계 연료의 첨가량이 증가할수록 화염전파속도는 감소함을 보였다. 합성가스-공기화염에 프로판과 부탄을 첨가하였을 경우 수력학적 불안정성과 확산-열 불안정성이 감소하여 셀 형성은 현저하게 감소하였다. 반면 메탄을 첨가하였을 경우 셀 불안정성이 완화되는 효과는 없었다.

• 한국가스학회지
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• 제26권3호
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• pp.45-53
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• 2022

디젤엔진의 배출물 개선을 위해 탄소수가 낮은 천연가스를 혼합하여 사용하는 천연가스-디젤 혼소 연소가 각광받고 있다. 특히 자발화 특성에 차이가 있는 디젤과 천연가스의 특성을 이용한 반응성 제어 압축착화(reactivity controlled compression ignition, RCCI) 연소 전략을 통해 기존 디젤엔진의 효율과 배출가스를 동시에 개선시키는 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 상사점보다 앞당겨진 디젤 직접 분사시기 적용을 통해 실린더 전체 영역의 균일 혼합기를 형성하여 전체적으로 희박한 자발화 기반 연소를 달성함으로써 질소산화물 (NOx) 및 입자상물질 (PM) 저감과 제동열효율 개선을 동시에 달성할 수 있다. 하지만 매우 희박한 저부하 영역에서 불완전 연소량이 증가하는 단점이 존재하며, 안정적인 연소 구현을 위해 디젤 분사시기가 민감하게 제어되어야 하는 어려움도 존재한다. 본 연구에서는 앞서 언급된 저부하 영역에서의 천연가스-디젤 혼소 엔진의 효율 및 배기 개선을 확인하고, 동시에 발전용 엔진 구동 영역에서 디젤 분사시기에 따른 연소안정성을 평가하였다. 실험에는 6 L급 상용디젤 엔진이 사용되었으며, 1,800 rpm, 50% 부하 영역 (~50 kW)에서 실험이 진행되었다. 제동효율 및 연소안정성을 개선하기 위한 전략으로 분무 패턴이 다른 2개의 인젝터를 적용하였으며, 천연가스/디젤 비율과 디젤 분사시기를 바꿔가면서 실험이 진행되었다. 실험 결과, 협각 분사가 추가된 수정 인젝터에서 제동 열효율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 연소안정성 및 출력, 그리고 강화된 배기 규제를 고려하였을 때 수정 인젝터의 분무 패턴이 예혼합연소 형성에 적합하였고 이를 통해 질소산화물 배출량을 Tier-V 기준치인 0.4 g/kWh 이하로 저감함으로써 RCCI 연소 가능 영역을 확장할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.