화염 길이가 다른 동축 확산 화염에서 방출되는 입자의 무차원 광소광계수 측정에 관한 연구. 25 물질의 무차원 광소광계수 측정 결과.
NOMENCLATURE
ACRONYMS
SYMBOLS
ABSTRACT
A Study of Dimensionless Light Extinction Coefficient Measurements of Particulate Matter Released from coaxial Diffusion Flames with
Different Length
The flame length and residence time were found to increase with more fuel added and thus the particle size of the particles. TEM analysis clearly shows that the increased graphitized PM structure increases the influence of light scattering and light absorption, resulting in an increase in the dimensionless light extinction coefficient.
연구 배경 및 필요성
미세먼지 측정 방법은 크게 중량법, 미량천칭, 광학법으로 분류됩니다. 마이크로밸런스법의 경우 실시간 측정이 가능하고 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있으나 습도, 압력 등 변화하는 조건에서 오차가 크기 때문에[21], 필터를 1회 교체해야 한다는 문제가 있다. 미세먼지 농도가 높은 환경.
식 (1.1)
위에서 언급한 바와 같이, 미세먼지의 무차원 광소광계수 측정에 관한 이전 연구들은 서로 다른 조건에서 진행되어 왔다. 대부분의 이전 연구는 예혼합 조건에서 층류 및 난류 화염에서 생성된 입자의 무차원 광소광계수에 대한 조사였습니다.
- 무차원 광소멸계수 실험 및 계산 방법
실험장치는 입자를 생성하는 연소부와 무차원 광소광계수를 측정하는 GSLE부로 구분된다. GSLE 부품은 광원인 650nm 파장의 레이저, 광검출기, 투과 셀(TC), 빔 스플리터, 입자 수집용 필터로 구성됩니다. 이때, 분석에 편리한 직경 47mm의 석영 필터를 사용하였고, 필터로부터 입자상 물질을 포집하여 무게를 측정하였으며, 빛에 대한 상관식을 통해 무차원 광소광계수를 구하였다. 레이저의 전송.
칭량된 입자를 투과전자현미경(TEM)과 라만 분광학에 사용하여 물리적, 화학적 특성을 분석했습니다. 입자의 무차원 광소광계수를 계산하는 방법은 Beer-Lambert 법칙을 기반으로 합니다. 무차원 광소광계수 측정 실험에서는 단일 연료로 ULSD를 사용하였으며, 공연비를 조절하여 입자가 생성되었다.
- 이색법을 이용한 화염 온도 계산 방법
식 (2.4)
ULSD-공기 확산화염에서 배출된 입자상 물질 입자의 무 차원 광소멸계수 측정결과
- 무차원 광소멸계수의 측정 불확도
- 공연비가 다른 ULSD-공기 확산화염에서 배출된 입자상 물 질의 무차원 광소멸계수 측정 결과
본 연구에서는 무차원 광소광계수 측정 실험을 수행하기 전 광학계의 성능을 검증하기 위해 인위적으로 광투과율을 조절할 수 있는 중성밀도필터(Neutral Density Filter)를 이용하여 레이저의 출력 안정성과 광검출기의 응답성을 테스트하였다. 확인되었습니다. 어떠한 입사광의 세기도 안정적으로 측정되는 것을 확인할 수 있습니다. 그림에서 볼 수 있듯이, 광검출기에 의해 측정된 광투과율로부터 계산된 광학 밀도 결과는 실제 중성 필터의 광학 밀도 값과 잘 일치합니다.
광학계를 통해 측정된 광학밀도는 실제 중력필터의 실제 광학밀도 대비 최대 오차율이 5% 미만으로 레이저 광검출기의 응답성이 우수한 것으로 평가된다. 본 연구에서는 Coleman과 Steele, Taylor와 Kuyatt[47,48]가 제시한 방법을 사용하여 측정한 무차원 광소광계수의 B형 불확도 분석을 수행하였다. 또한, 측정결과를 통해 연소상태, 공연비에 따라 무차원 광소광계수가 달라지는 것을 확인하였다.
입자상 물질의 물리적 형상 및 화학구조 분석
RDG 이론에서는 입자의 화학적 조성이나 형태에 따라 결정되는 굴절률과 입자의 프랙탈 차원 정보가 중요한 매개변수이며, 광소광은 광산란계수(Ks)와 광흡수계수(Ka)에 의해 결정됩니다. ) 식 (3.3)과 같다. )는 다음의 합으로 표현된다.
식 (3.3)
식 (3.7)
앞서 언급했듯이 굴절률은 입자상 물질의 물리적 형태와 화학적 조성에 영향을 받습니다. TEM 분석을 통해 입자의 물리적 형상을 얻을 수 있으며, 물리적 형상으로부터 산란 및 흡수와 관련된 매개변수를 측정하고 계산할 수 있습니다.
식 (3.9)
Raman spectroscopy를 이용한 입자상 물질 화학적 구조 분석
라만 분광법은 시료에 조사된 빛의 분자에 의해 산란되는 가시광선을 측정하여 화학 구조를 분석하는 방법입니다. 특정 파장의 레이저를 시료에 조사하여 발생하는 라만 산란(Raman Scattering)에 의해 산란되는 빛 중 스톡스/반스토크스 산란(Stokes/Anti-Stokes Scattering)이 얼마나 변하는가에 따라 물질의 구조와 성질, 분자간 결합상이 결정된다. 레일리 산란, 태 구조 등 D3/G 밴드 면적비가 높으면 입자상 물질이 비정질 구조를 갖고 있다고 판단할 수 있고, 낮으면 흑연화 구조에 가깝다고 판단할 수 있다.
D3 밴드와 G 밴드 각각의 효과를 비교하기 위해 흑연화 구조와 비정질 구조의 대표적인 밴드인 D3 밴드와 G 밴드의 면적비를 그림 3.9에 나타내었다. 이상의 결과로부터 공연비가 감소할수록 D3 밴드의 영향이 감소하여 흑연화 구조에 접근하는 것으로 판단할 수 있다. 입자가 흑연화 구조에 접근하면 광흡수에 대한 영향이 증가하여 무차원 광소광계수가 증가합니다.
공연비별로 최고온도의 위치가 다른 이유는 연료량의 차이로 인해 화염길이가 달라지고, 화염길이가 길어질수록 최고온도가 낮아지기 때문이다. 탄화수소계 연료(JP-8)를 사용하여 층류확산 화염 조건에서 화염위치에 따라 포집된 고체입자의 구조를 분석하였다. 화염에 덮인 길이가 증가함에 따라 형상은 비정질 구조에서 흑연화 구조로 변화하였다.
위의 결과는 본 실험의 결과와 동일한 경향을 보였는데, 화염길이에 따라 온도는 감소하고 체류시간은 증가하였다. 결과적으로 화염 길이가 길어질수록 체류 시간이 길어지고 입자상 물질이 성장하는 시간이 길어져 상대적으로 큰 흑연 구조의 입자가 형성됩니다. 따라서, 화염 길이가 길어짐에 따라 생성된 입자상 물질은 흑연화 구조를 가지며 상대적으로 입자 직경이 크고, 광 산란 및 광 흡수 효과가 모두 증가하여 광 감쇠가 많이 발생합니다.
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