연소 및 추진 연구실은 연소 현상의 기초 과학적 이해와 실용적 응용을 동시에 추구하는 연구실로, 층류 화염 구조, 화염 불안정성, 그리고 다양한 연소 시스템에서의 화염 거동을 심도 있게 연구하고 있습니다. 실험, 수치해석, 그리고 점근적 방법론을 활용하여, 메탄, 수소, 합성가스 등 다양한 연료와 희석제 조합에 따른 화염의 전파 특성, 불안정성, 소화 한계 등을 체계적으로 규명하고 있습니다.
특히, 전기장(AC/DC) 및 플라즈마를 활용한 연소 및 화염 제어 기술 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. 전기장 및 플라즈마 인가를 통해 화염의 전파 속도, 안정성, 소화 한계, 그리고 오염물질 배출 특성 등을 효과적으로 제어할 수 있는 혁신적 방법을 탐구하며, 이를 바탕으로 초저공해·고효율 연소기술 개발에 기여하고 있습니다.
또한, 다양한 화염 간의 상호작용(대향류, 동축류, 쌍둥이 및 삼중 화염 등), 화염 소화 현상, 에지화염의 역할, 그리고 열손실 및 화학적 상호작용에 관한 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 실험과 수치해석을 병행하여 화염의 소화 메커니즘, 불안정성, 그리고 환경오염물질 저감 방안을 체계적으로 분석하고 있습니다.
암모니아, 합성가스, 바이오가스 등 다양한 연료를 활용한 예혼합 및 확산 화염에서 NOx, CO, N2O 등 환경오염물질의 생성 및 저감 메커니즘을 연구하며, 연소기 내 연료 조성, 희석제 첨가, 전기장 및 플라즈마 인가 등 다양한 조건을 변화시키며 최적화 방안을 제시합니다. 이를 통해 산업용 보일러, 발전용 가스터빈, 우주 및 항공 시스템 등에서의 친환경 연소기술 개발에 실질적으로 기여하고 있습니다.
연구실은 국내외 다양한 산학연 협력 및 대형 국가 연구과제를 수행하며, 국제 학술지 논문, 특허, 학술상 등 다수의 성과를 창출하고 있습니다. 미래형 에너지 시스템, 탄소중립 및 Net-zero 시대에 부합하는 첨단 연소기술 개발을 목표로, 지속적으로 연구 역량을 강화하고 있습니다.
본 연구실은 층류 화염의 구조와 불안정성에 대한 심도 있는 연구를 수행하고 있습니다. 층류 화염은 연소 현상의 기본적인 형태로, 실험, 수치해석, 그리고 점근적 방법론을 활용하여 화염의 내부 구조, 화염 전파 속도, Markstein 길이, 그리고 셀룰러 불안정성 등 다양한 특성을 규명하고 있습니다. 이러한 연구는 연소의 기초 과학적 이해를 증진시키는 데 중요한 역할을 하며, 실제 연소기 설계 및 고효율·저오염 연소 기술 개발의 기반이 됩니다.
특히, 다양한 연료 혼합물(메탄, 수소, 합성가스 등)과 희석제(He, Ar, CO2 등)의 조합에 따른 화염 특성 변화를 분석하여, 연료의 조성 변화가 화염의 안정성과 전파 특성에 미치는 영향을 체계적으로 규명하고 있습니다. 실험적으로는 고압·고온 조건, 마이크로그래비티(미소중력) 환경 등 다양한 조건에서 화염의 거동을 관찰하고, 수치해석적으로는 상세 반응기구와 전산유체역학(CFD) 기법을 활용하여 실험 결과를 보완하고 있습니다.
이러한 연구는 화염의 소화 한계, 화염 전파 메커니즘, 그리고 화염 불안정성의 근본 원인을 밝히는 데 기여하며, 차세대 친환경 연소기술 개발, 에너지 효율 향상, 그리고 산업 현장의 안전성 증진에 중요한 학문적·실용적 가치를 지니고 있습니다.
전기장 및 플라즈마 보조 연소와 화염 제어
연소 및 추진 연구실은 전기장과 플라즈마를 활용한 연소 및 화염 제어 기술 개발에 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 전기장(AC/DC) 및 비열 플라즈마를 화염에 인가함으로써, 화염의 전파 속도, 안정성, 그리고 소화 한계 등을 효과적으로 제어할 수 있는 방법을 탐구합니다. 이러한 연구는 기존의 연소 방식에서 벗어나, 에너지 효율을 극대화하고 오염물질(NOx, CO 등) 배출을 최소화하는 혁신적 연소 시스템 구현에 핵심적인 역할을 합니다.
실험적으로는 전선 위의 화염 전파, 액적 연소, 가스터빈 연소기 등 다양한 시스템에서 전기장 및 플라즈마 인가에 따른 화염의 동적 거동, 연소 안정성, 그리고 배출 특성 변화를 정밀하게 분석합니다. 또한, 전기장에 의한 이온풍, 연료 증발 촉진, 내부 순환 및 연소 영역 내 반응 활성화 등 다양한 물리·화학적 메커니즘을 규명하고, 이를 바탕으로 연소기 설계 및 운전 조건 최적화에 기여하고 있습니다.
이러한 연구는 미래형 친환경 에너지 시스템, 우주 및 항공용 연소기, 산업용 보일러 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 특히 Net-zero 및 탄소중립 시대에 요구되는 초저공해·고효율 연소기술 개발에 중요한 기반을 제공합니다.
화염 상호작용 및 소화 현상, 환경오염물질 저감
본 연구실은 다양한 화염 간의 상호작용, 화염 소화 현상, 그리고 환경오염물질 저감에 관한 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 대향류, 동축류, 쌍둥이 및 삼중 화염 등 다양한 화염 구성에서의 상호작용 메커니즘을 실험 및 수치해석적으로 규명하며, 화염의 소화 한계, 에지화염의 역할, 그리고 화염 소화 과정에서의 열손실 및 화학적 상호작용을 체계적으로 분석합니다.
특히, 암모니아, 합성가스, 바이오가스 등 다양한 연료를 활용한 예혼합 및 확산 화염에서 NOx, CO, N2O 등 환경오염물질의 생성 및 저감 메커니즘을 연구하고 있습니다. 이를 위해 연소기 내 연료 조성, 희석제 첨가, 전기장 및 플라즈마 인가 등 다양한 조건을 변화시키며, 오염물질 배출 특성 및 저감 효과를 실험적으로 검증하고, 수치해석을 통해 최적화 방안을 제시합니다.
이러한 연구는 산업용 보일러, 발전용 가스터빈, 우주 및 항공 시스템 등에서의 친환경 연소기술 개발에 직접적으로 기여하며, 국가적·국제적 환경 규제에 대응하는 실질적 솔루션을 제공하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.
