【목적】 에너지 및 환경 문제가 점점 심각해짐에 따라 수소 연료가 전 세계적으로 큰 주목을 받고 있다. 수소는 광범위한 원천을 가지며, 마이크로 혼합 연소 기술과 결합하면 무탄소 및 저질소 배출 연소를 실현할 수 있다. 마이크로 혼합 버너가 안정적이고 저오염 연소를 실현할 수 있는지는 연료와 공기의 혼합 특성 및 이를 기반으로 한 연소 특성에 달려있으므로, 마이크로 혼합 버너의 혼합 특성 연구가 매우 필요하다. 【방법】 자체 설계한 단일 단계 마이크로 혼합 버너를 기반으로 수치 시뮬레이션 방법을 활용하여 해당 단일 단계 마이크로 혼합 버너 내의 혼합 및 흐름 특성을 연구하고 작동 원리를 탐구하였으며, 저출력 하에서 다양한 오프셋 거리, 혼합 거리, 공기 구멍 형태 및 운동량 유량비가 대류장 구조와 혼합 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 【결과】 수치 시뮬레이션 결과는 오프셋 거리와 혼합 거리를 증가시키면 혼합 균일성을 향상시키는 데 도움이 된다는 것을 보여주었다. 오프셋 거리가 증가함에 따라, 등가비가 혼합 효과에 미치는 영향이 점차 커지고, 등가비가 증가하면 내부 와류의 합병이 가속화되며, 외부 수축 와류 강도가 증가한다; 혼합 거리가 일정 길이까지 증가하면 균일성 지수의 증가는 점차 완만해지고, 동시에 수소가 심각하게 확산되어 혼합 구역 내에서 충분한 혼합을 제어하기 어렵다; 연료 제트 깊이가 낮을 때, 높이-폭 비율과 상하 면적 비율이 작은 공기 구멍이 더 우수한 혼합 효과를 보이며, 등가비가 낮을 때 삼각형 공기 구멍 내부 와류는 연료에 강한 흡입 작용을 한다; 혼합 균일성은 운동량 유량비와 와류 강도의 공동 작용 결과이며, 소규모 횡류에서는 제트 운동량 유량비의 영향이 와류 강도보다 더 뚜렷하며, 같은 운동량 유량비에서는 공기 구멍이 작을수록 혼합 효과가 더 좋다. 운동량 유량비가 증가함에 따라 연료 분포는 반원형에서 물방울형, 이후 말굽형으로 변화하는 경향을 보인다. 【결론】 본 연구 결과는 마이크로 터빈 가스 엔진에서 마이크로 혼합 연소 기술의 최적 설계 및 적용에 참고할 만한 가치를 가진다.

마이크로 가스 터빈; 단일 단계 마이크로 혼합 버너; 흐름 특성; 혼합 특성; 균일성 지수