레이저 유도 플라즈마 분광 장치를 이용한 액체 연료 화염 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 레이저 유도 플라즈마 분광(laser-induced plasma spectroscopy, LIBS) 신호를 이용하여 이상상태 유동 내 레이저 점화 확률을 파악하고, 유동의 특성을 실시간으로 측정할 수 있는 장비를 제작하였다. 연료에서 발생하는 C2 분자 신호의 세기가 증가할수록 레이저 점화 확률이 증가한다는 결과를 보여주었고 이를 이용하여 레이저 점화 확률이 가장 높은 위치를 찾을 수 있는 피드백 알고리즘을 구상하였다. 또한 ICCD카메라와 분광기와 같은 일반 LIBS 장비를 사용하는 대신 포토다이오드와 밴드패스 필터로 구성된 새로운 LIBS 장비를 개발하였다. H와 O 신호를 측정하기 위해 656 nm ± 10 nm와 780 nm ± 10 nm 밴드패스 필터를 이 장비에 장착하였다. 플라즈마 발생 초기에 발생하는 강한 continuum 신호를 제외하기 위해 레이저 펄스 후 250 ns부터 1 μs 사이에 있는 신호를 이용하여 H 신호와 O 신호의 세기를 계산하였다. H/O 세기 비와 연료 혼합물의 당량비의 관계를 이용하여 선형 보정곡선을 확립하였고 이를 이용하여 스프레이 화염 내 당량비를 측정하였다. 이러한 장비는 엔진에 장착되어 극한의 연소 조건을 실시간으로 파악할 수 있는 새로운 방법으로 사용될 수 있다.