연소 해석을 위한 기본 이론1

 

  안녕하세요

  오늘은 연소해석을 위한 기본 이론을 공부해 보려해요.

 

  연소란 무엇인가?

  

  1. 연소반응 (combustion reaction)

    (1) 물질이 열 또는 불꽃을 생성하면서 빠르게 산소와 결합하는 발열 반응

    (2) 화학적 에너지를 여러 가지 용도로 사용 가능한 열에너지로 전환시키는 방법

          ex > CH4 + 2O2  ->CO2 + 2H2O

 

  2. 연소 반응은 어떻게 일어나는가?

    (1)  충돌 분자의 운동에너지가 연소를 일으키는데 필요한 최소의 에너지 보다 클 때 발생

          -> Activation energy

반응에 대한 Activation energy

화학종의 기본 정의

 

  연소 반응을 해석할 때 연료의 조성은 연소가 안정적인지 불안한지를 결정하는 큰 경계조건이에요.

  연료의 조성은 volume fraction 및 mass fraction으로 정의돼요.

  volume fraction 및 mass fraction 은 총 합이 1이 넘을 수 없어요.

  

  1. volume fraction (Xi)

volume fraction 방정식

    (1) 정의 : i 화학종의 몰수를 전체 몰수로 나눈 값

 

  2. mass fraction (Yi)

volume fraction 방정식

    (1) 정의 : i 화학종의 질량을 전체 질량으로 나눈 값

 

 3. volume fraction 과 mass fraction의 관계

 

   MWi 는 화학종의 분자량을 뜻하며 MWmix 전체혼합된 화학종의 분자량을 뜻해요.

 

화학평형 (chemical equilibrium)

 

1. 정의 

  (1) 가역반응에서 정반응의 속도와 역반응의 속도가 평형인 상태

  (2) 열역학 제 2법칙에 따라 질량과 체적이 일정한 시스템에서는 엔트로피가 최대 일 때, Gibbs 합수가 최소일 때 화학평형에 도달함

 

연소공학 기본 정의

 

  1. 이론공연비 (stoichiometric fuel air ratio) : 이론반응에서의 연료와 산화제의 질량비

  2. 과잉공기 (Excess air) : 연료를 완전 연소 시키기 위해 필요한 이론공기 보다 초과 동급된 공기

  3. 당량비 (Equivalence ratio)

    (1) 실제 공기 연료 비율을 이론공기 연료 비율로 나눈 값

    (2) 당량비가 1 이상인 경우 공기에 비해 연료가 많은 경우. 당량비가 1 이하인 경우 공기에 비해 연료가 적응 경우임

  4. diffusion flame(non premixed flame)

    (1) 연료와 공기가 분리되서 공급되는 화염 

    (2) 연료와 공기가 만나는 경계면에 혼합과 동시에 화학 반응 발생

  5. Premixed flame

    (1) 하나의 노즐에 공기와 연료가 혼합되여 발생하는 화염

    (2) 발화점 이상의 온도를 가하는게 필요하며 화염 이동속도인 flame speed의 영향으로 화염구주의 영향을 많이 받음

Premixed flame 도식화

 

결론

 

  오늘은 연소해석을 위한 기본 이론에 대해 간단히 정리해 보았어요.

  연소해석을 위해 필수적으로 알고 있어야 하는 내용이니 알아 두시면 좋을거 같아요.

  오늘도 읽어 주셔서 감사합니다. 질문은 댓글로 부탁드려요.

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