표제지
목차
기초 및 약어 설명 9
국문요약 10
I. 서론 12
II. 이론적 배경 18
1. 전산유체역학 및 수학적 모델 18
1) 전산유체역학 18
2) 질량보존법칙 19
3) 운동량보존법칙 19
4) 난류 모델 20
5) Species Transport Equations 21
2. 연소 모델 23
III. CFD 모델링 26
1. CFD Geometry 26
2. CFD 모사방법 29
IV. CFD 모사 결과 35
1. CFD 모델 검증 35
2. SOFC 애프터버너 모사 결과 37
3. Equivalence Ratio (ER)에 따른 애프터버너 연소반응 39
4. Swirl Number (SN)에 따른 애프터버너 연소반응 42
5. 애프터버너의 경제적인 설계 제안 48
V. 결론 및 연구 방향 51
1. 결론 51
참고문헌 53
ABSTRACT 57
표 1. 메탄 연소를 위한 반응 메커니즘 및 Arrhenius 상수 25
표 2. axial swirler 설계 변수 26
표 3. 전형적인 버너의 설계 변수 30
표 4. 합금 별 운전 제한 온도 범위 및 가격과 대한민국 CO, NOx 배출 허용 기준 31
표 5. 각 연구 별 경계 조건 및 물리적 특성 33
표 6. 변수 사례 연구 시나리오 34
표 7. 각 변수에 따른 배기가스 내 CO&NO 농도 47
표 8. 변수 사례 연구 결과 비교 50
그림 1. 1kW SOFC 공정 개략도 13
그림 2. 애프터버너의 형상 및 상세규격 17
그림 3. 애프터버너의 상세 형상 : a) 소용돌이의 설계 형상, b) 소용돌이의 해석 영역, c) 애프터버너의 해석 영역 28
그림 4. 축방향 및 종방향에서의 온도장 모사 결과 비교: (a) 축방향 중심선; (b) z=0.04 m; (c) z=0.2 m; (d) z=0.4 m 36
그림 5. SOFC 시스템 시나리오에 적용된 온도 Contour 결과: (a) 애프터버너 내부; (b) 애프터버너 벽면 38
그림 6. ER에 따른 벽면 최대 온도 및 배기가스 온도분포 40
그림 7. 버너에서의 산소 몰 분율 Contour: (a) ER=1.0, (b) Base (ER=0.83), (c) ER=0.75, (d) ER=0.6, (e) ER=0.5 40
그림 8. 애프터 버너 내부의 온도 Contour: (a) ER=1.0, b) Base (ER=0.83), (c) ER=0.75, (d) ER=0.6, (e) ER=0.5 41
그림 9. S.N에 따른 벽면 최대 온도 및 배기가스 온도분포 42
그림 10. Streamline 결과: (a) SN=0.41 (b) Base (SN=0.40), (c) SN=0.39, (d) SN=0.38, (e) SN=0.37 44
그림 11. 애프터 버너 내부의 온도 Contour 결과: (a) SN=0.41 (b) Base (SN=0.40), (c) SN=0.39, (d) SN=0.38, (e) SN=0.37 45
그림 12. 도출된 변수 조합 온도 분포 결과: (a) 애프터버너 내부; (b) 애프터버너 벽면 49