Acoustic waves can provide an important source of turbulence, which is useful for improved combustion. An experimental study has been conducted to clarify the influence of acoustic wave on single droplet combustion characteristics. The ambient gas was air at room temperature and at atmospheric pressure.
A standing sound wave was generated by the help of a loudspeaker inside a pyrex glass tube. An isolated single droplet with an initial diameter of about 1.80$\pm$0.2mm hanging at the tip of a thin quartz fiber was subjected to standing sound wave under normal gravity. Experiments were carried out at different sound pressure levels and acoustic frequencies with the burning droplets located at velocity antinode and node and in the middle of velocity antinode and node of the standing sound wave. The whole burning process was recorded by the help of high speed photography. Burning rate constant was calculated through temporal histories of droplet diameter.
The results showed that the combustion follows $d^2-law$ even in acoustic field after an initial transient period. In the cases of relatively low frequencies, oscillating flame generated and the burning rate was promoted at high sound pressure level. For higher frequencies, the flame configuration was deformed to different pattern at each position of standing sound wave, and the burning rate was also enhanced at high sound pressure level except velocity node.
음향파는 액체 연료 연소율을 향상시키는데 있어 유용한 소스인 난류 효과를 제공할 수 있다. 본 연구는 실제 연소 장치에서 많이 쓰이고 있는 케로신 연료를 이용하여 단일 액적의 연소 특성에 관한 음향파에 영향을 실험적 방법을 통해 명확하게 파악하기위해 수행되었다. 모든 실험은 상온과 상압에서 이루어졌다. 사용된 정상파는 내열유리관 안에 확성기를 통해 이루어졌다. 초기 직경이 1.80$\pm$0.2mm인 단일 액적은 매우 가는 quartz fiber 끝단에 매달리게 되고 일반 중력하에서 정상파를 겪게 된다. 액적의 위치는 정상파의 velocity antinode와 node 그리고 velocity antinode and node 중앙에 놓이게 되고 음향진동수와 음압레벨을 변수로 하여 실험은 수행되었다. 전 연소과정은 초고속카메라에 의해 촬영되고 기록었으며, 연소율상수는 촬영된 액적이미지를 통해 시간에 따른 액적의 직경변화를 이용하여 얻어지게 된다.
실험적 결과를 통해 액적의 연소는 음향장의 존재에도 불구하고 초기 비선형과정을 겪은 후 선형과정 즉 $d^2-law$를 따랐다. 저주파수 영역에서는 음압레벨이 증가함에 따라 진동하는 화염이 형성하였고 연소율을 향상시켰다. 고주파수 영역에서는 정상파의 각 위치에 따라 다른 형태로 변형된 화염구조가 관측되었고, velocity node를 제외하고는 연소율은 음압레벨이 증가함에 따라 증가하였다.
