The relationships at various length-scales concerned with the laminar flame theories. It is thought that the combustion phenomena and flame structure can be triggered by various mechanisms when the configurational length-scales of combustion spaces are varied. Therefore, the configurational length scale of an experimental setup needs to be examined minutely to distinguish such complicated relationships.
In this study, a Narrow-Gap-Disk-Burner(NGDB) was developed, of which the channel-gap could be varied continuously and precisely. The pressure inside the burner was maintained at atmospheric pressure, and the flame propagation from the center was observed with adjusting the gap between the upper and lower disks. The flame propagation velocity and cellular structures were observed by mixing air with pure methane, pure propane, mixed methane and hydrogen, or mixed propane and hydrogen. As the characteristics of the premixed gas changed depending on the fuel, the flame propagation pattern also changed. In addition, the volume of the ignition part was varied to introduce disturbance at the ignition stage, and the propagation characteristics of premixed methane and propane flames were investigated. Lastly, the burning velocity and the Lewis number of the premixed gas were changed by adjusting the hydrogen fuel mixing ratio and flame oscillation was observed during flame propagation. In conclusion, we observed the influence of the length scale of the combustor, which changes according to the characteristics of the premixed gas. With the precise variation of the channel-gap, the effects of length-scale on the combustion characteristics could be investigated successfully from the quenching scale to the ordinary scales via various mesoscales including Hele-Shaw scales. Based on these results, a criterion between the micro-combustion and the ordinary-combustion would be suggested.
층류 화염 전파는 다양한 길이 스케일이 혼재되어 영향을 준다. 연소 공간의 형상 길이 스케일이 다양하다면, 연소 현상과 화염 구조가 다양한 메커니즘에 의해 유도될 수 있다. 따라서 이러한 복잡한 관계를 구별하기 위해서는 연소기의 형상 길이를 세밀하게 조정하여 다양한 길이 스케일에서 실험을 수행해야 한다.
본 연구에서는 간격을 세밀하게 조절할 수 있는 좁은 간격의 원판형 연소기를 제안하였다. 연소기 내부는 대기압으로 유지하고, 중앙에서부터 시작되는 화염 전파를 위아래 원판 사이의 간격을 조절하며 관찰하였다. 순수 메탄, 순수 프로판, 프로판 수소 혼합 가스를 대기와 예혼합하여 화염 전파속도와 화염면 위의 셀 구조를 관찰하였다. 연료에 따라 예혼합 가스의 특성이 변화하여, 화염 전파 양상 또한 변화하는 것을 관찰하였다. 또한 화염전파가 시작되는 점화부 부피를 조절하여, 화염 전파 초반부에 교란을 주고 그 영향을 관찰하였다. 마지막으로, 수소 연료 혼합 비율을 조절하여 연소 속도와 예혼합 기체의 루이스 수를 변화시켰고 화염 전파 중 진동을 관찰하였다. 최종적으로는 예혼합 가스의 특성에 따라 변화하는 연소기의 길이 스케일의 영향을 관찰하고자 한다. 원판 사이의 간격을 정확히 조절하여, 소염 거리부터 헬레 쇼우 스케일을 거쳐 일반적인 길이 스케일까지 연소 특성에 미치는 간격 영향을 조사하였다. 이를 통해 마이크로 연소와 일반 연소를 구분 짓는 기준을 제시하려 한다.
