층류 대향류장에 형성된 분무화염의 2차원 비정상 모델링

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji Vol. 29; no. 11; pp. 1223 - 1230
• Main Authors: 황승민(Seung Min Hwang), 김장우(Jang Woo Kim), 정진도(Jin Do Chung)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 2007
• Subjects: 환경공학; Laminar Counterflow; 층류 대향류; 혼합 분율; Mixture Fraction; 분무 화염; Spray Flame; 직접 수치 계산; Direct Numerical Simulation
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810

A two-dimensional direct numerical simulation is applied to spray flames formed in a laminar counterflow, and the spray flame structures are studied in detail. For the gaseous phase, Eulerian mass, momentum, energy, and species conservation equiations are solved. for the disperse phase, all individual droplets are calculated by the Lagrangian method without the parcel model. $n-Decane(C_{10}H_{22})$ is used as a liquid spray fuel, and a one-step global reaction is employed for the combustion reaction model. The results show that the high temperature region is formed in the region along the stagnation plane. Since the evaporation is enhanced by increasing the temperature, the distribution of mixture fraction, which is produced by the evaporation of the droplets, shows trends similar to those of temperature. Furthermore, diffusion and premixed flames are found to coexist in the spray flame. Thus the spray flame has a complicated structure. It is believed that the reason why gaseous temperature in the spray flame is larger than that of the gas diffusion flame is due to the existence of the premixed flame region. 본 연구에서는 층류 대향류장에 형성된 분무 화염에 2차원 직접 수치계산(Direct numerical simulatioa DNS)을 적용하여, 분무 화염의 구조에 관하여 상세히 관찰하였다. 기상에 대 는 질량 보존식, 운동량 보존식, 에너지 보존식을 오일리안(Eulerian) 법으로 계산하였으며, 액적에 대해서는 화염중의 모든 개개의 유적을 라그란지안(Lagrangian) 법으로 추적하였다. 액체 연료로는 n-데칸$(C_{10}H_{22})$을 이용하였으며, 연소반응 모델에는 n-데칸의 총괄반응식을 이용하였다. 그 결과, 고온영역은 정체면을 따라 형성되어지며, 증발은 온도 상승에 의해 증가되어지기 때문에, 액적의 증발에 의해 생성되어지는 혼합분율의 분포는 온도 분포와 유사한 경향을 나타내고 있다. 또한, 분무화염 내에는 확산화염과 예혼합 화염이 혼재하는 매우 복잡한 화염구조를 갖고 있으며, 분무화염의 기상온도가 가스확산화염의 온도보다 더 높은 이유는 예혼합 화염영역이 존재하기 때문이라고 생각되어진다.