정적 연소실 내에서 화염 연소 속도에 대한 DC와 AC 전기장의 영향

Abstract

화석 에너지 고갈과 고유가 시대 돌입으로 연비 고효율 기술 개발이라는 새로운 과제가 대두되고 있다. 이에 많은 자동차 제조사들은 화석 에너지가 아닌 전기, 에탄올, 수소 등 청정에너지 기반의 차세대 엔진 개발을 하고 있지만 아직 상용화까지 많은 시간적, 경제적 비용이 예상된다. 이에 기존 화석 에너지의 한계점을 보완시켜줄 신기술 개발 또한 필요한 시점이다. 그 중 최근 전기장과 플라즈마를 이용한 새로운 연소기술이 주목 받고 있으며 많은 연구에서 화염과 전기장의 상호작용에 의해 연소 양상, 연소 안정성, 연소 속도, 연소 후 생성물의 변화 등 여러 연소 특성이 변한다는 사실이 보고되고 있다. 이를 바탕으로 피스톤이 점화시점에 도달했을 때의 상황을 모사한 정적 연소실을 제작하고 고온 조건에서 예혼합 메탄-공기 가스를 주입 후 전기장 인가 상태에서 가스를 연소시켜 연소 속도의 변화를 관찰하고자 했다. 전기장은 DC와 AC 두 형태로 인가하였다. 그 결과 연소 진행 방향과 정방향으로 전기장을 인가할 경우 역방향으로 인가하는 경우보다 연소 속도 향상률이 더 컸다. 그리고 연소 과정에서 전기장의 영향을 크게 받는 구간이 존재하며 이 구간에 인가된 AC 전압에 대한 DC 등가 전압을 구하고 그 등가 전압에 대한 연소 속도 향상률을 순수 DC 전기장에 의한 연소 속도 향상률과 비교해 본 결과 경향성이 일치함을 알 수 있었다.