암모니아(NH₃)는 대표적인 무탄소 연료로, 완전 연소 생성물은 물(H₂O (g))과 질소입니다. 독특한 무탄소 배출 이점으로 인해 최근 NH₃는 열 보일러, 내연기관 및 산업용 가열로에서 높은 혼합 비율로 연소 배출 저감에 적용되고 있습니다. 화염 온도는 연소 효율 및 오염물 생성과 밀접한 관련이 있어, 연소 과정을 능동적으로 제어하기 위한 정확한 실험 데이터가 긴급히 요구됩니다. 본 논문은 중적외선 단층 흡수 분광 기술 기반 측정 시스템을 개발하였으며, 전이선 분석을 통해 H₂O의 기저 진동 대역(v₃) 내 약 2482 nm 부근의 흡수선을 선택하여 흡수 스펙트럼 측정을 수행했습니다. 다중 Voigt 선형 함수를 활용하여 H₂O 스펙트럼의 중첩 흡수 특성을 정밀하게 적합하고, 아벨 역변환 및 정규화 기법을 결합해 다양한 암모니아 혼합비 연소 조건 하에서 화염 온도를 보정 없이 정량적으로 측정했습니다. 실험 결과 순수 암모니아 연료와 메탄/암모니아 혼합 연료의 화염 면 위치가 버너 상단 0.5~2 mm 사이에 있으며, 체적 혼합비가 20%에서 100%로 증가할 때 화염 면이 점차 버너로부터 멀어지고, 최대 화염 온도는 약 1600 K에서 2000 K로 상승하는 것으로 나타났습니다. 본 논문에서 개발한 측정 방법과 시스템은 층류 예혼합 화염의 축방향 및 반경 방향으로의 불균일한 온도 분포를 포착할 뿐만 아니라, 다양한 연소 조건에서의 화염 온도 차이를 구별할 수 있어 무탄소 암모니아 연료 화염 온도 측정에 특히 적합합니다.

중적외선 단층 흡수 분광 기술; 온도 측정; 암모니아 연료 층류 예혼합 화염; 온도 분포