To investigate the characteristics of incipient soot particles with respect to oxygen mole fraction in oxidizer stream, measurements of soot zone structure and maturity were performed experimentally for ethene inverse diffusion flames (IDFs). IDFs are considered as alternative flames to research incipient soot particles because soot in IDFs do not experience the oxidation process. In present study, PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons) - PLIF (planar laser-induced fluorescence) signal and soot scattering image are useful to clarify the soot zone structure of IDFs. In addition, the flame height is measured by OH-PLIF with respect to the oxygen mole fraction in the oxidizer stream. The flame height decreases as oxygen mole fraction in the oxidizer increases. Carbon to hydrogen ratio (C/H ratio) was measured according to the residence time to judge the degree of soot maturity. C/H ratio from the soot sampling increases with respect to the residence time, and C/H ratio is larger when oxidizer is more enriched. The morphology of soot sample was investigated by TEM (transmission electron microscope) micrographs. TEM micrographs from the soot with the same C/H ratio reveal similar morphological characteristics.
1. 산소가 부화된 산화제를 사용하여 soot 및 PAHs가 형성되는 지역인 soot zone structure에 대해 soot scattering과 간섭필터를 달리한 PAH-PLIF를 통하여 살펴보았다. 산소부화시 PAH와 soot의 신호가 증가된 것을 통해 soot의 증가를 정성적으로 확인하였으며 산소부화에 기인한 온도 증가는 soot scattering신호가 상류로 이동시켰다.
2. OH-PLIF를 통하여 산소부화시 화염의 높이는 작아지는 것을 확인하였으며, 이를 통하여 구한 화염내의 체류시간을 구할 수 있었다. 또한 화염의 하류에서 얻은 soot을 원소 분석하여 soot의 성숙 정도를 C/H ratio를 통하여 정량적으로 나타내었다. 체류시간에 대해서 C/H ratio가 증가하는 정도는 산소부화가 클수록 더 심하게 나타나는데 이는 산소부화에 의한 온도 증가는 초기 soot의 성숙시키는 요인임을 말해 주며, 또한 초기 soot의 발단(inception) 영역이 작아지는 것은 초기 soot의 inception rate의 증가를 의미한다.
3. 각각의 C/H ratio에 해당하는 TEM 이미지를 비교한 결과, 산소부화 정도와 산화제의 유량이 다르더라도 동일한 C/H ratio를 갖는 soot의 TEM 이미지는 유사하다는 것을 알 수 있었다.
