화학반응 메커니즘에 따른 수소-공기 혼합물의 최소 점화 에너지 전산 해석

• 영문명: Computational Analysis of Minimum Ignition Energy of Hydrogen-Air Mixtures: Influence of Chemical Reaction Mechanisms
• 발행기관: 한국화재소방학회
• 저자명: 김동주(Dong-Ju Kim) 박설현(Seul-Hyun Park)
• 간행물 정보: 『한국화재소방학회논문지』Vol.39 No.4, 1~8쪽, 전체 8쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.08.30

국문 초록

본 연구에서는 수소-공기 예혼합 가연물의 최소 점화에너지를 정량적으로 분석하기 위해 GRI-Mech 3.0과 San Diego Mech 두 가지 상세 화학반응 메커니즘을 활용한 전산유체해석(CFD)을 수행하였다. 점화 에너지를 단계적으로 조절하며 각 메커니즘별 점화 거동을 비교한 결과, San Diego Mech는 19.6 μJ의 최소 점화에너지를 예측하여 문헌값(18.8 μJ)과 약 4.1%의 오차를 보인 반면, GRI-Mech 3.0은 28.6 μJ로 약 49.8%의 오차를 나타냈다. 이러한 차이는 각 메커니즘 내에 정의된 반응 경로와 반응속도 상수의 구성 차이에서 기인한 것으로 분석된다. 특히 주요 chain branching 반응의 반응속도 상수를 비교한 결과, San Diego Mech는 GRI-Mech 3.0 대비 전반적으로 높은 반응속도를 보여 라디칼 축적이 더 빠르게 진행되었으며, 이에 따라 점화 개시에 유리한 열화학적 조건이 형성되는 경향을 확인할 수 있었다.

영문 초록

In this study, computational fluid dynamics simulations were performed to quantitatively evaluate the minimum ignition energy of premixed hydrogen-air mixtures using two detailed chemical kinetic mechanisms: GRI-Mech 3.0 and San Diego Mechanism. By systematically varying the ignition energy, the San Diego Mechanism predicted an MIE of 19.6 μJ, with only a 4.1% deviation from the reference value, whereas GRI-Mech 3.0 predicted 28.6 μJ, corresponding to a 49.8% error. These discrepancies are attributed to differences in the reaction pathways and rate constants defined in the two mechanisms. Notably, the San Diego Mechanism exhibited consistently higher rate constants for key chain-branching reactions, facilitating enhanced radical accumulation and more favorable conditions for ignition initiation.

목차

1. 서 론

2. 전산 해석 방법 및 지배방정식

3. 해석 결과

4. 결 론

후 기

References

키워드

Hydrogen combustion Minimum ignition energy CFD analysis Detail chemical mechanism