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작성일 : 14-07-11 12:26
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글쓴이 :
코스모가스
 조회 : 2,971
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가스연소설비의 선두주자 코스모 가스 테크(주)
7-3 그을음(SOOT)
7-3-1 그을음의 역할
그을음(SOOT)은 우리들의 생활속으로 여러 가지 형태로 관련되어 다가왔다
동서를 불문하고 봉화등의 중요한 수단이었고 옛날부터 먹이나 인쇄잉크의 재료로서 그을음이 사용되어왔다 또 그을음음은 공업적으로도 사용되어져 왔다
타이야는 카본블랙과 생고무를 약1대2의 비율로 혼합하여 만든다 또 그을음은 고체입자이기 때문에 고온이 되면 흑체에 가까운 방사특성을 나타내고 그을음의 가시영역에서의 방사는 빛으로서 옛날부터 이용되어왔다
화염중에 그을음이 존재하고 연속스펙트르를 발생하고 반짝이는 화염을 휘염이라고 한다
많은 확산화염은 휘염을 형성하고 화염으로부터의 방사 (적외선방사에너지) 에의한 열전달에 중요한 역할을 하고 있다
화염으로부터 열방사를 직점 이용하는 경우에는 화염중에 있어 그을음의 발생은 필요불가결한 과정이다
그을음의 발생이 전혀없다면 화염은 불휘염이 되고 화염으로부터 방사전열량은 저하한다
이처럼 그을음에는 화염으로부터 열방사 매체로서 중요한 역할이 있다
그을음의 방사를 크게하면 화염의 온도가 저하하여 화염중에서 그을음의 산화가 곤란하고
화염으로부터 그을음이 유리하고 연소가스 중에서 그을음을 볼수있게 된다
7-3-5 그을음의 발생과성장
그을음의 발생 메카니즘은 긴연구의 역사중에도 아직확실하게 규명되지 못한 큰문제중의 하나이다 유력한 설로서는 연료분자가 열분해 또는 부분적 산화반응에 의해 기상의 PHA
가 (POLYNUCLEAR AROMATIC HYDROCARBON ,다환방향족탄화수소) 생성되어 그것이
응축하여 초기의 그을름핵을 형성한다는 것이다
그을름의 생성에는 온도의 영향이 크고 온도가너무낮거나 너무높아도 볼수없게 된다
탄화수소의 그을름의 발생은 1000K 정도부터 1600-2000K 의 구간에서 발생한다
그림7.25에 온도와 그을름 생성의 관계를 나타낸 것이다
저온에서는 레디칼이 않되기 때문에 반응이 계속되지않고 또 고온에서는 그을음전 구물질의 열분해 산화가진행 결과로서 온도에대해서 피크를 갖는 생성분포로 된다
그을름핵은 아세틸렌등의 탄화수소와의 반응에의한 표면성장 (SURFACE GROWTH) 또는
물리적인 합체 (COAGULATION) 로 성장해 나간다
PHA와 그을음의 반응은 아세틸렌과 그을음의 반응과 비교하여 현저하다는 것이 최근연구에도 있다
화염중의 체류시간이 길면 길수록 그을름 입자는 쇄사슬형태로 연결되어 응집해서
(AGGLOMERATION) 큰입자괴를 형성한다 그을름의 응집과정은 미소주력장으로도 상세하게 관찰할수 있다 미소중력장은 자연대류에의한 흐름의 가속이 생기지 않기 때문에 그을름의 발생으로부터 응집에 이르는 모습을 관찰할 수 있다
그림7,26은 전형적인 그을름의 응집모양이다 그을름의 입자괴는 화염의 가운데서 크게발생하고 화염의 하류로 반응영역을 통해빠지고 있다
여기서 확실한 것은 그을름 입자괴의 분포는 화염내측에 들어온곳 극히좁은 영역에 한정되어진다 이화염의 뒤쪽으로부터 강한 빛을 받아서 간단이 입자괴의 성장의 모양을 가시화 할 수 있다
그림7.27은 그모양을 나타내고 있다
그을름입자의 응집이 아직 초기 단계에서는 각각의 입자는 너무작아서 식별할수 없지만 그을름 입자의 응집이 진행되면 입자수가감소하기 때문에 입자간에 작은 간격이생겨 각각의 입자괴를 식별할수 있게 된다
그을름 입자괴의 궤적을 7.28로 나타낸 것이다 그을름 입자괴는 연소가스의 움직임과 달리 화염의 내측을 따라서 이동하고 화염의 상단으로 그영역을 이탈한다
화염 내측을 이동하는 동안에 입자괴는 한층 크게되고 그겟수는 감소한다
화염으로부터 이탈후는 운동의 방향을 급격히 바꾼다 이처럼 그을름 입자괴가 화염의 내측을 잠시 이동하는 현상은 그을름 입자괴로 화염의 안쪽으로 힘이 작용하고 있는 것으로 표시됨으로 열영동효과로 보여지고 있다 열영동은 급격한 온도구배로 미립자가 놓여질 때 일어나는 현상으로 보여진다
미립자는 화염의 반응영역으로부터 연료측으로 향한 온도구배에 의해 화염의 내측으로 작용하는 힘을 받아 이동을 계속하기위해 응집을 진행한다
화염선단에서 온도구배가 감소하여 처음으로 화염을 통해 빠져나갈수 있다
그후의 입자괴의 궤집은 연소가스의 흐름을 따라간다
중력장에 있어 화염중의 그을름의 성장 운동에 있어서도 열영동의 영향이 예상되지만
연구는 앞으로 계속되어야 할 것이다
흐트러진 화염에서는 그을름 입자의 움직임과 화염의 움직임이 일치하지 않고 화염의 내부에서 생성한 그을름이 화염의 움직임으로부터 남겨지는 경우도 있다.
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