전산유체해석을 이용한 광섬유 프리폼의 SiO2 증착용 확산 화염 버너의 연소 시뮬레이션

Title
전산유체해석을 이용한 광섬유 프리폼의 SiO2 증착용 확산 화염 버너의 연소 시뮬레이션
Other Titles
combustion Simulation of Diffusion Flame Burner with SiO2 deposition of Optical Fiber Preform Using Computational Fluid Dynamics(CFD)
Author
박형빈
Alternative Author(s)
Park, Hyung Bin
Advisor(s)
최성철
Issue Date
2018-08
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
본 연구는 광섬유 프리폼의 클래드 모재인 SiO2 증착용 확산 화염 버너의 연료와 산소의 비율 변화에 따른 화염의 온도 분포를 전산 유체 해석을 수행하였다. 이는 친환경 원료물질을 이용한 광섬유 제조용 SiO2 프리폼 증착 공정을 시뮬레이션하기 위한 전단계에 해당한다. 버너에 투입되기 전에 혼합된 상태인 예혼합(pre-mixed) 연소를 모델링하기 위해서 열 유동, 대류 및 화학 반응을 고려하였고 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식과 난류 운동에너지(k)와 소산 속도(ω)를 고려하여 k-ω모델을 사용하였으며, 실제 화염의 온도 분포와 형상을 비교하여 연소 모델링의 적절성을 확인하였다. 결과적으로 화염의 온도 분포는 보조 산소의 유량이 증가하면 노즐 표면으로부터 최고 온도까지의 거리가 증가하는 경향성을 보였다. 또한 혼합 가스의 당량비가 큰 연소 반응에서 불완전 연소로 인한 온도 분포의 폭이 크게 나타나는 것을 확인하였다. 모델링을 통해 기존의 전구체인 사염화규소와 친환경 원료문질인 D4를 사용하여 전산 유체 해석과 연소 시뮬레이션을 동시에 진행하였다. 결과적으로 사염화규소에 비해 D4를 이용하였을 경우 유체의 속도는 약 20 m/s으로 유사한 속도를 나타내었다. 화염의 최고 온도의 차이가 약 1000℃ 이상으로 나타났고, 버너 표면에서 3000℃의 고온이 형성되고 SiO2가 버너 내부에서부터 반응되는것으로 보아 불순물인 SiO2 soot가 생성되는 것으로 판단되었다. 또한 전구체 변화에 따른 SiO2의 반응생성량을 mass fraction으로 확인하였을 때 약 2.5배 이상 높게 생성된 것을 확인하였다.
URI
http://dcollection.hanyang.ac.kr/common/orgView/000000106568http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/75717
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