폐기물을 효과적으로 소각 처리하기 위해, 고형화된 입자를 고속으로 연소시키는 소각로의 유동 특성을 수치해석적으로 조사하였다. 본 연구에서는, 기존 발전소에서 통용되는 선회 유동 유발을 통한 안정적 화염형성 개념과 고에너지 밀도를 갖는 로켓 엔진 연소실의 설계 개념을 복합적으로 적용하였다. 첫단계로, 소각로로 분사되는 연료와 공기의 유동 특성 파악을 위해 1차 연소실에 주 분사기와 보조 분사기를 장착하여 비반응 유동장 수치해석을 수행하였다. 설계 변경 인자로 주 분사기의 편향각, 보조 분사기의 하향각, 두 분사기간 간격을 선정하였다. 이러한 설계 인자의 변경에 따른 선회 유동 형성의 정도를 파악하기 위해 선회수(swirl number)를 평가 인자로 사용하였다. 각각의 설계 인자가 변함에 따라 선회수는 편향각이 증가할수록 선회수가 증가하였으며, 하향각에 따라서는 선회수가 크게 변하지 않았다. 설계 인자에 따라 형성되는 재순환 영역의 크기가 달라지며 이는 선회수의 크기에도 영향을 끼쳤다. 재순환 영역의 크기가 작으면 선회수가 큰 경향성을 보였다. 이러한 수치해석을 통해 활발한 선회 유동을 형성시킬 수 있는 설계 조건을 찾을 수 있었다.
The flow characteristics in a solid particle incinerator are investigated numerically for high burning rate of wastes. The studied incinerator employs both a swirl flow used in the furnace of powerplants and a design concept applied to a rocket combustor. As the first step, the non-reactive flow field is analyzed in the incinerator with primary and secondary injectors through which solid fuel and air are injected. The deflection angle of a primary injector, inclination angle of a secondary injector, and gap between the two types of injectors are selected as design parameters. The swirl number is adopted for evaluating the degree of swirl flow and estimated over wide ranges of three parameters. The swirl number increases with deflection angle, but it is affected little by inclination angle. Recirculation zones are formed near the injectors, and their size affects the swirl number. The swirl number decreases with the zonal size of recirculation. From the numerical results, the design points can be found with strong swirl flow.
