개질관 내부 레이놀즈 수와 버너 온도에 따른 열유동 및 반응 특성 (Characteristics of Heat Transfer and Chemical Reaction in Reformer Tube for Fuel Reynolds Number and Burner Gas Temperature)

서지정보

· 발행기관 : 한국가스학회
· 수록지 정보 : 한국가스학회지 / 19권 / 5호 / 69 ~ 74페이지
· 저자명 : 한준희, 윤기봉, 김지윤, 이성혁

초록

본 연구의 목적은 촉매가 삽입된 단일 개질관 내 가스의 주입 속도와 버너의 고온공기 주입온도에 따른 3차원전산 유체 해석(Fluent ver. 16.1)을 수행하여, 열유동 및 화학반응 특성을 파악하는 것이다. 개질관 내부 촉매는 니크롬 재질의 다공성 영역으로 가정하였다. 메탄-수증기 개질반응은 1000 K 이상의 고온 환경에서 작동하므로 전도, 대류 및 복사를 고려한 복합열전달을 해석했다. 수소 개질량을 비교하기 위한 두 개의 레이놀즈 수는 49,000과88,000이고, 레이놀즈 수가 88,000인 경우, 고온공기의 온도를 각각 1100 K, 1200 K 및 1300 K로 설정하였다. 수치해석 결과, 레이놀즈 수가 낮을 경우 개질관 내부의 온도가 상승하였으며, 수소 개질량도 증가하였다. 레이놀즈수가 높을수록 상대적으로 온도가 낮은 가스의 대류 열전달량이 증가하여 개질관 내의 온도는 낮아져 수소 개질량은 감소한다. 그리고 고온 공기의 온도가 높을수록 개질관 내부의 온도가 증가하므로, 수소 개질량도 증가한다.

영어초록

The study investigated numerically the heat transfer and chemical reaction characteristics of a methane-steam reforming by using a 3-dimensional computational fluid dynamics (CFD) code (Fluent ver.
16.1). The fuel temperature and its species mole fractions were estimated for various Reynolds number in the reformer tube at different burner temperatures. The catalysts were modeled as the porous medium of nicrome in the reformer tube. We considered radiation effect as well as conduction and convective heat transfer because the methane-steam was reformed at very high temperature condition above 1000 K. For two different Reynolds numbers of 49,000 and 88,000 and the burner temperatures were in the range from 1,100 K to 1,300 K. At a low Reynolds number, the fuel temperature increased, leading to increase in hydrogen reforming. However, fuel temperature and hydrogen reforming decreased because of higher convective heat transfer from relatively low fuel temperature. Moreover, the hydrogen reforming also increased with burner temperature.

참고자료

· 없음