기후 변화에 따른 위험성은 전 세계적으로 오랜 기간 강조되고 있으며, 이를 극복하기 위한 노력은 해운분야에서도 국제해사 기구를 중심으로 이어지고 있다. 연소과정에서 발생한 매연을 제어하기 위하여 매연 생성 특성에 관한 연구는 필수적이다. 본 연구에서는 에틸렌 가스를 기반으로 한 대향류 확산화염에서 불활성 기체인 질소를 혼합하여 화염온도, 화염형태, 매연 생성 관련된 화학종의 상태변 화를 확인하기 위해 광소멸법과 화학반응 수치해석을 수행하였다. 연구 결과. 질소의 혼합비율이 증가함에 따라 화염온도 감소와 매연체 적분율 감소로 이루어졌다. 매연 입자가 분포하는 구간도 감소하였으며, 30% 이상 혼합비율이 높아지면 체적분율 감소율이 감소하였다. 매연 성장에 관여하는 화학종들의 몰분율도 감소하였다. HACA 반응 관련 화학종은 탄화수소 연료 비율에 따라 영향을 받으나, 홀수탄소 경로 관련 화학종은 탄화수소 연료 비율뿐만 아니라 화염온도 영향을 받는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 국내외 저탄소 녹색성장을 위한 대안으로서 수소에너지와 그 이용 기술에 대한 관심이 높아지는 추세에 발맞춰 무탄소 연료인 수소를 LNG 의 주성분인 메탄, 메탄-프로판, 메탄-프로판-에탄 동축류 확산화염 내에 첨가하여 화염형상 및 연소생성물에 미치는 영향을 확인하였다. 상온상압 조건의 확산화염에 수소를 단계적으로 첨가하여 실제 생성되는 연소생성물의 변화 추이를 가스 분석기를 이용하여 실험적으로 관찰하였고 확산화염의 형상은 디지털카메라를 이용하여 단계적으로 관찰 하였다. 실험결과에서 확산화염에 수소를 첨가함에 따라 질소산화물의 생성량이 선형에 가깝게 증가하는 경향을 보였다. 이것은 수소의 상대적으로 높은 단열화염온도와 빠른 연소속도가 Thermal NOx의 생성을 촉진했기 때문이다. 반면 이산화탄소의 생성량은 감소하는 경향이 나타났는데 수소를 첨가함에 따라 메탄, 메탄-프로판, 메탄-에탄-프로판의 혼합 확산화염에 포함되어있는 전체 탄소비율이 줄어들어 이산화탄소의 생성량이 감소한 것이다. 이는 선박에서 LNG-수소의 혼합 연료사용으로 인해 온실가스인 이산화탄소를 저감할 수 있는 하나의 방안으로 고려될 수 있다는 것을 의미한다.

매연 생성에 대하여 톨루엔의 영향을 알아보기 위하여 순수에틸렌 대향류 확산화염에 톨루엔을 소량 혼합하여 수치해석을 수행하였다. 톨루엔(C7H8)의 혼합 비율은 3%, 5%, 10%, 및 20%로 하였다. 계산에는 CHEMKIN III 기반의 Senkin 코드와 oppdif 코드를 이용하여 0-D 계산과 1-D 계산을 수행하였다. 0-D의 Senkin 계산에서는 톨루엔의 혼합율이 증가할수록 메틸라디칼의 농도는 증가하고 이에 따른 벤젠의 농도도 증가하였다. 이는 순수 에틸렌 화염에 톨루엔을 혼합할 경우 더 많은 매연이 생성될 것이라는 걸 의미한다. oppdif 코드에 의한 1-D 계산에서는 10% 톨루엔 반응식으로부터는 H 라디칼의 생성율이 결정적인 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 위 결과들로부터 확산화염 내 매연 생성에 있어 메틸라디칼, 벤젠과 H 라디칼이 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다.

Experimental measurements of flame shape and heat transfer characteristics were performed for impinged inverse diffusion flame(IDF) using propane as a fuel. The purpose of this study is to identify the favorable co-axial inverse diffusion flame structure for impingement heating. The flame consisted of an entrainment zone and mixing and combustion zone. The heat flux which represents heat transfer rate is measured by using a heat flux sensor that is located at the center of the impingement plate. The inverse diffusion flame structure has been classified into six modes. In these modes, several favorable flames for impingement heating were identified. In this study, the parameters are overall equivalent ratio(Φ), nozzle to impingement plate distance(h/d), vertical distance from the stagnation point and Reynolds number(Re) of combustion air.

In many combustion systems, swirling combustion air is extensively applied as an aid for stabilization of high intensity combustion pocesses. Swirl, generally, causes significant effects on the flow field which, in turn, determines the size, shape, and stability of flames, and combustion intensity. The purpose of this study is to investigate the effect of swirls on flames produced from a model combustor designed in this paper. In order to impart swirls to the combustion air, a movable block swirl generator was used. Temperature distribution and radiative heat flux along the centerline of the swirling flame were measured. Data obtained from these swirl flows can be used as design data for high intensity or high efficiency combustion systems. The results obtained are summarized as follows: 1. Flame temperature profiles were measured at various swirl number. 2. The axial distance for maximum temperature from the centerline of burner increased as the swirl number increased. 3. Radiative heat flux increased as the swirl number and axial distance from burner increased.