Unsteady premixed flame propagation of methane and propane was investigated with various mesoscale gaps. Using a new mesoscale disk burner, disk-gap could be varied with 0.1 mm resolution and flame propagation could be observed with larger radius. The flammable range was measured with quenching distance. Effective flame radius was measured from the flame images, and effective flame propagation velocity was calculated by image processing. Cellular structure was analyzed with cell number. At disk-gaps slightly above quenching distance, flame propagated with cellular structures. This could be due to thermally induced hydrodynamic instability, and it could be enhanced with larger thermal expansion and smaller Lewis number. At disk-gaps above a critical value (1.5 times the quenching distance), flame propagated with circular structures and faster speed. At much larger disk-gaps than quenching distance, flame propagation speed at each equivalence ratio approached to a constant value. This value was similar to the laminar burning velocity of previous studies, but it was much faster at propane-rich conditions. It could be due to flame stretch and Le effect with the growth of flame surface. At various length-scales, from quenching distance to ordinary scales including mesoscales, flame propagation and structural variation of the unsteady premixed flame could be observed. Through this study, the effect of length scale on flame characteristics could be analyzed.
메탄과 프로판 비정상 예혼합 화염 전파 양상이 다양한 메소스케일 간격에서 고찰되었다. 새로운 메소스케일 크기의 원판형 버너를 사용하여, 원판 사이의 간격은 0.1 mm 단위로 조절할 수 있었고 화염 전파 양상을 넓은 반경에서 관찰할 수 있었다. 가연 범위는 소염 거리로 측정하였다. 유효 화염 반경은 화염 이미지에서 측정하고, 유효 화염 전파 속도는 이미지 분석을 통해 계산하였다. 세포 구조는 주름 개수로 분석하였다. 소염거리 부근인 원판 사이의 간격에서, 화염은 세포 구조로 전파한다. 이는 열적으로 유도된 유체역학적 불안정성 때문일 수 있으며, 이러한 불안정성은 열팽창이 늘어나고과 루이스 수가 작아지면서 심화할 수 있다. 임계값(소염 거리의 1.5배) 이상의 원판 사이의 간격에서, 화염은 둥근 모양으로 더욱더 빠르게 전파한다. 소염 거리보다 훨씬 큰 원판 사이의 간격에서, 각 당량비에서의 화염 전파속도는 각각 하나의 상수값으로 수렴한다. 이러한 상수값은 이전 연구의 층류 연소 속도와 비슷하지만, 프로판 농후 조건에서는 층류 연소 속도보다 훨씬 빠르다. 이는 화염 스트레치와 이로 인한 화염 면적의 증가가 복합된 루이스 수 효과 때문으로 판단된다. 소염 거리부터 메소스케일을 거쳐 일반 연소에 이르기까지, 다양한 길이 스케일에서 비정상 예혼합 화염의 화염 전파와 구조 변화를 관찰할 수 있었다. 본 연구를 통해 길이 스케일이 화염 특성에 주는 영향을 분석할 수 있었다.
