An experimental study about vaporization, ignition and burning characteristics of multicomponent fuel droplets is carried out at elevated pressures and temperatures. Kerosene, Jet A and heptane/hexadecane binary mixtures were selected as multicomponent fuels. The droplet was suspended at the tip of a fine quartz fiber and suddenly exposed to high ambient temperature by the help of falling electric furnace at desired ambient pressures under normal gravity. The evaporation/combustion process and the autoignition delay times were recorded by the use of high-speed photography. Evaporation/combustion constants were calculated from the linear regression time histories of droplet diameter squared. And the effects of ambient pressure and temperature on the evaporation/combustion rate constant and autoignition delay were investigated. The effect of droplet initial diameter on droplet vaporization regimes was also investigated at high temperature and high-pressure environments. It was found out that the evaporation/combustion of the investigated multicomponent droplet follows $d^2$-law under most of the ambient conditions. At higher ambient temperatures, the evaporation rate constant increases as environment pressure increases but at lower ambient temperatures, the result of increasing ambient pressure was a decrease in the evaporation rate constant. The evaporation/combustion of the binary droplet at very low ambient pressures leads to extremely distortion and fragmentation of the droplet. But at higher environment pressures, droplet fragmentation does not appear. The evaporation/combustion history shows three-staged behavior. An increase in the droplet initial diameter results in an increase in heating time as well as evaporation rate constant. The heating time decreases as the ambient temperature increases and increases with an increase in ambient pressure. The ignition delay time of droplet decreases with an increase in ambient temperature and pressure and can be expressed by an empirical relation. In the case of binary droplet ignition, there exists a characteristic value of high-volatile component in a binary mixture at which the ignition delay sharply decreases and tends to approach the pure component ignition delay and that characteristic value tends to shift towards the lower value of high-volatile component with increase in ambient temperature. In the case of droplet burning, an increase in ambient pressure increases the amount of soot production. The evaporation rate constant tends to approach the burning rate constant when the ambient temperature approaches the flame temperature.
액체 연료의 분무연소는 실질적으로 매우 중요하다. 대부분의 연료들은 액적의 형태로 연소실 내에 분무되기 때문에 개별 액적의 기체화가 전체 분무의 증발과 연소 특성을 결정할 것이고, 이는 연소기의 성능을 결정할 것이라고 예상할 수 있다. 그러므로 분무연소를 이해하고 그 적용으로 효율적인 연소 시스템을 설계하기 위해서는 액적의 증발율, 점화 지연시간, 그리고 액적의 연소에 관한 지식을 미리 얻는 것이 필요하다.
그러므로 고온 고압에서 다성분 연료 액적의 증발, 점화 그리고 연소 특성에 관한 실험적 연구가 수행되었다. 케로신, Jet A 그리고이성분 혼합연료로서 헵탄/헥사데칸이 실험에 사용되었다. 액적을 가는 수정섬유 끝에 달고 대기압, 일반적인 중력 하에서 전기히터를 떨어뜨림으로써 고온환경을 만들어 실험을 수행하였다. 증발/연소과정 그리고 자발점화 지연시간(auto-ignition delay time)은 고속카메라로 측정하였다. 증발/연소상수는 액적 직경의 제곱의 감소율의 선형부분을 이용하여 계산하였으며 압력과 온도의 영향을 조사하였다. 고온, 고압 환경에서 초기직경이 증발에 끼치는 영향을 조사하였다. 한 개의 액적 대신, 두 개의 액적을 사용함으로써 액적간 상호작용도 연구하였다. 단일액적의 연소에 관한 연구는 고온환경에서 수행되었다.
케로신과 Jet A 의 경우 대부분의 온도와 압력하에서 다성분임에도 $d^2$-law를 따르는 것을 관찰할 수 있었는데, 낮은 온도에서는 압력의 증가가 액적 증발율의 감소를 가져왔고, 고온에서는 압력의 증가가 증발율의 증가를 가져왔다. 그 중간 온도에서 압력 변화의 영향은 무시할 만했다. 대기압에서 이성분 액적의 증발/연소과정중에 액적의 모양이 크게 변형되었고, 부분적으로 분열되는 것이 관찰되었다. 그러나 고압에서는 액적은 분열되지 않았다. 이성분 액적의 증발/연소는 3단계의 과정을 거치는 것으로 관찰되었다. 혼합물의 농도가 각 과정의 특성을 결정하고, 또한 그것은 액적의 증발 지속시간에 영향을 미친다. 액적의 초기직경의 증가는 증발율을 증가시킬 뿐 아니라 액적의 가열시간도 증가시킨다. 가열시간은 주변온도가 높을수록 감소하고 주변 압력이 높을수록 증가한다. 자발점화 지연시간은 주변 압력과 온도가 증가할수록 감소하며 이는 실험적 관계로 나타낼 수 있다. 액적과 점화위치 사이의 거리는 주변 압력이 증가할수록 급격하게 감소한다. 점화지연시간이 급격하게 감소하면서 단일성분 연소 특성을 보이는 이성분 연료의 특정성분비가 존재하였다. 액적 연소에서 주변압력의 증가는 soot형성을 증가시켰다. 매우 높은 온도에서 증발율은 연소율로 접근하였다.
