휘발유/에탄올 혼합연료의 자연점화온도 예측

Prediction of Autoignition Temperature with Gasoline-Ethanol Blended Fuels

최근 다양한 생산기술의 발전을 통해 바이오연료의 생산이 크게 증가하였고, 석유와 같은 기존의 화석연료 등과 혼합연료를 만들어 소비를 장려하고 있다. 이와 같은 새로운 연료의 등장은 기존 에너지 시스템으로의 적용에 있어 자연점화온도와 당량비 등의 변화로 화재 및 폭발의 위험성을 크게 증가시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 바이오연료의 소비형태인 휘발유/에탄올 혼합연료를 사용하는 연소장에서 화재 및 폭발의 위험성을 예측할 수 있는 기법을 제시하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 휘발유/에탄올 혼합기의 자연점화온도를 대상으로 수치해석하였고, 반응표면법을 이용하여 다양한 변수조건에 대해서 예측에 대한 유효성과 효율성을 판단해 보았다. 휘발유나 경유와 같은 혼합물의 자연점화온도는 넓은 범위로 존재하여 혼합된 물질의 비율에 따라 크게 다르게 나타나기 때문에 반응표면법을 통해 적은 수의 실험조건으로 당량비, 압력, 에탄올 분율에 따른 자연발화온도의 변화를 예측하였다. 당량비, 압력, 에탄올 분율 등에 대한 자0연발화 온도 변화특성은 전체적으로 에탄올 함량과 압력에 큰 의존도를 보였으며, 에탄올 함량이 줄어들수록 압력에 대한 영향이 줄어들었다. 또한 계산을 통한 실험값과 반응표면법을 통해 얻은 기대값이 매우 잘 일치함을 알 수 있었다. 따라서 연료의 혼합 등 다양한 조건에서 운전하는 연소장에서 자연점화온도를 매우 적은 데이터로서 정확하게 예측할 수 있음을 확인하고, 휘발유/에탄올 혼합연료를 사용하는 연소 시스템에서의 폭발, 화재의 위험성을 예측할 수 있었다. 또한, 다른 혼합연료를 기존 에너지 시스템에 적용함에 있어서 반응표면법을 통해 당량비, 압력, 혼합분률과 같은 복잡한 변화조건에서 화재, 폭발의 위험을 효율적으로 예측할 수 있음을 확인하였다.