[연소공학] 공기연료비 (AFR)

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1. 공기연료비(AFR, Air Fuel Raito)

: 공기와 연료의 비율을 나타내는 수치로 공기와 연료의 이상적인 화학적 필요량으로 질량비, 부피비를 기준

- 최적의 공연비보다 공기주입량이 낮아지면 NOx는 감소, CO와 HC 증가

- 최적의 공연비보다 공기주입량이 증가하면 산소량 급격히 증가하는데, 이때 과잉 공기 주입으로 인한 열손실과 연료손실 발생

- CO와 HC는 불완전연소 시에 배출율이 높고, NOx는 이론 AFR(최적 공연비) 부근에서 농도가 높다.

- NOx는 공연비가 낮거나 높아도 감소할 수 있다.

- 완전연소반응식을 통해 AFR을 구한다.

- AFR을 14.7과 가까운 값으로 증가시키면 NOx 농도는 증가, CO, HC 농도는 감소

- AFR을 16 이상으로 증가시키면 NOx, CO 농도는 감소, HC 농도는 증가

- NOx 농도는 이론 공연비(최적 공연비, 14.7)보다 다소 높은 점에서 최대가 된다.

AFR (W/W) =	산소 몰수mol(O2) X 32kg(O2) / 1mol(O2) X 1kg(Air) / 0.232kg(O2)

	연료 몰수mol X 연료의 분자량(kg) / 1mol

- 참고) 공기 중 산소의 질량비 = 0.232

AFR (V/V) =	산소 몰수mol(O2) X 22.4Sm3(O2) / 1mol(O2) X 1Sm3(Air) / 0.21Sm3(O2)

	연료 몰수mol X 22.4Sm3(연료) / 1mol

- 참고) 공기 중 산소의 부피비 = 0.21

27. 공기의 산소 농도가 부피기준으로 20%일 때, 메탄의 질량기준 공연비는? (단, 공기의 분자량은 28.95 g/mol)

① 먼저 메탄의 완전연소식을 작성함

② 질량기준 공연비를 계산

③ 문제 조건에서 공기의 분자량 28.95이고 산소 농도가 공기의 20%이므로 산소 개수에 28.95를 곱해주고 0.20을 나누어줌

* 공기의 분자량, 산소 농도%가 주어지지 않으면 질량기준이냐 부피기준이냐에 따라 위 (1), (2)의 공식대로 계산해줌

25. 메탄을 이론공기로 완전연소 할 때 부피를 기준으로 한 공연비(AFR)는 얼마인가?

① 먼저 메탄의 완전연소식을 작성함

② 부피기준 공연비를 계산

따로 공기의 분자량, 산소 부피 등이 제시되지 않았으므로 공식대로 계산해 준다.

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