The purpose of this dissertation is to induce autoignition by exposing ethanol gel to high temperature, and to understand ignition behavior and combustion characteristics. Six gels were synthesized for this purpose. Three gels were synthesized using 9, 10, and 11 wt% of methylcellulose as a gellant. The other three gels were synthesized using 10, 9, and 8 wt% of methylcellulose with 5, 10, and 15 wt% of aluminum nanoparticle. Experiments were conducted at two ambient temperature groups. One was 300, 400, and 500℃. The other was 600, 700, and 800℃. The gel droplet was suspended on a K-type thermocouple to evaluate evaporation, autoignition, and combustion characteristics. The base fuel ethanol started to ignite from 700℃ and ignition delay and burning rate were evaluated. The ethanol gel droplet don’t evaporate completely at low ambient temperature group, but it ignited at high ambient temperature group and no residues remained. In the combustion of the gel droplets, swelling and vapor jetting caused by the gellant layer were observed. There were a major swelling at the moment of ignition in all cases. The ignition delay of ethanol and ethanol gel droplets were compared. As the content of the gellant increased, the ignition delay became longer. As the ambient temperature increased, the ignition delay became shorter. At 800℃, the ignition delay was similar regardless of the gellant content. Ethanol gel showed the highest burning rate at 700℃ and the burning rate decreased as the gellant content increased. The metalized ethanol gel had residue at all ambient temperature groups. Evaporation behavior was similar with ethanol gel droplet. Disruption of droplet or falling off from thermocouple were observed during combustion. The ignition delay of the metalized ethanol gel accounted for more than 85% of the droplet lifetime at 800℃, unlike the ethanol gel.
본 연구에서는 에탄올 젤을 높은 주위온도에 노출하여 자발화를 유도하고, 주위온도별 거동과 연소 특성을 파악하고자 한다. 이를 위해 총 6종의 젤을 합성했다. 에탄올에 메틸셀룰로오스를 9, 10, 11 wt% 첨가한 에탄올 젤 3종과, 에탄올에 각각 메틸셀룰로오스(10, 9, 8 wt%)와 알루미늄(5, 10, 15 wt%)을 첨가한 금속화 에탄올 젤 3종이다. 자발화가 일어나는 주위온도를 찾고 증발 거동을 확인하기 위한 저온(300, 400, 500℃)과 점화 및 연소 특성을 파악할 수 있는 고온(600, 700, 800℃)에서 실험을 수행했다. 액적은 K-타입 열전대에 매달아 증발, 자발화, 연소 특성을 평가했다. 기본이 되는 연료인 에탄올은 700℃부터 점화 및 연소하기 시작했으며 점화지연과 연소율을 계산하였다. 에탄올 젤 액적은 저온에서 완전히 증발하지 않았으나 고온에서는 모든 주위온도에서 점화 되었고 잔여물은 남지 않았다. 젤 액적의 연소에서 젤화제 막에 의해 발생하는 팽창과 증기 분출을 관찰하였다. 모든 경우에서 점화하는 순간 크게 부푸는 모습을 보인다. 또한 에탄올과 에탄올 젤 액적의 점화지연을 비교하였다. 젤화제의 함량이 많아질수록 점화지연이 길어졌다. 주위온도가 높아질수록 점화지연도 짧아졌는데, 800℃에서는 젤화제의 함량과 상관없이 점화지연이 비슷한 값을 나타냈다. 에탄올 젤은 700℃에서 가장 큰 연소율을 나타냈으며 젤화제 함량이 높을수록 연소율은 낮아졌다. 금속화 에탄올 젤의 액적은 모든 주위온도에서 잔여물이 존재했다. 저온에서 증발 거동은 에탄올 젤 액적과 유사했으며 고온에서 연소 시에는 액적이 파열되거나 탈락하는 경우가 관찰되었다. 금속화 에탄올 젤의 점화지연은 에탄올 젤과는 달리 800℃에서도 액적 수명시간의 85% 이상을 차지했다.
