비예혼합 화염의 부상 조건은 연소기의 운전 조건을 한정하는 매우 중요한 변수이다. 동축류 층류 비예혼합화염의 경우 점성계수와 물질 확산 계수의 비로 정의되는 슈미트 수가 1 보다 큰 조건에서 안정적인 부상화염이 존재하고 그 반대의 경우 부상이 불가능한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 동축 관내에서의 화염의 부상 특성에 대해 슈미트 수가 1 보다 큰 프로판과 슈미트 수가 1 보다 작은 메탄 비예혼합 화염의 부상 안정화를 실험적으로 비교하였다. 그 결과, 제한된 공간에서는 슈미트 수가 1 보다 작은 조건에서도 안정적인 부상화염이 존재할 수 있음을 확인하였다. 그 원인 규명을 위해 간단한 비반응 유동장에 대한 수치해석을 수행하였다. 결론적으로 개방공간에서와는 달리 관내 조건에서는 유한한 크기의 화염 공간으로 인해 인접한 상류에서 유동 재편이 물질확산에 비해 선택적으로 재편됨으로써 새로운 안정화 기구가 형성될 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 제한된 공간내에 화염이 형성되는 일반적인 연소기의 화염안정화 설명에 중요한 단서를 제공한다.
Flame lift-off conditions determine the operating conditions of burners. It is known that a flame can be lifted when the Schmidt number (Sc), which is the ratio of the dynamic viscosity to the mass diffusivity, is greater than unity. In this study, the flame lift-off characteristics of non-premixed flames of propane (Sc > 1) and methane (Sc < 1) in a coaxial outer air tube were experimentally compared. The experimental results indicated that stable lifted flames could be obtained even when Sc < 1 in a confined air tube. On the basis of the results of a simple numerical analysis, it was confirmed that a new flame stabilization mechanism exists in the tube. A velocity field is preferentially developed upstream of the flame, and it results in a new stabilization condition. This result can be very useful in explaining the stabilization of the flames of ordinary burners in which a flame is produced in a confined space.
