Effects of Orifice Internal Flow on Transverse Injection into Subsonic Crossflows: Cavitation and Hydraulic Flip

오리피스 내부 유동조건에 따른 수직분사제트의 분열특성에 대한 연구

In this research, we focused on the effects of the orifice internal flow such as cavitation and hydraulic flip. The breakup characteristics such as the breakup length and trajectory were measured by changing the orifice diameter (d), the orifice length/orifice diameter (L/d), the injection pressure and the shapes (sharp and round) of orifice entrance to provide a lot of conditions of the orifice internal flow. It is found that cavitation bubbles that occur inside the sharp-edged orifice make the liquid jet ejecting from the orifice turbulent. In the orifices (L/d = 5), the hydraulic flip phenomenon is shown when the injection pressure is high. In case cavitation occurs it breaks up more earlier than that in case of non-cavitation. In case hydraulic flip occurs, since the area of the liquid jet becomes small, the breakup length is also small as that in case of cavitation. But the liquid column trajectories have a similar tendency irrespective of cavitation.

본 연구에서는 인젝터 형상에 따른 캐비테이션과 같은 유동 현상이 수직 분사된 액체 제트의 분열에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 오리피스의 지름과 길이대 지름비(L/d) 및 입구의 형상이 다른 인젝터에서 압력을 변화시켜가며 내부 유동 변화를 살피고 수직분사 시 액주의 분열 거리와 궤적을 구하여 기존의 연구 결과와 비교하고 분석하였다. 실험 결과 곡률이 없는 경우(sharp edged)의 오리피스에서는 어느 정도 이상의 압력에서 모두 캐비테이션이 발생하였고 곡률이 없는 경우 중 길이대 지름비가 작은 오리피스에선 더 높은 압력에서 캐비테이션 성장에 의한 수력튀김(hydraulic flip)현상도 관찰할 수 있었다. 수직분사 시 곡률이 있는 경우와 없는 경우 모두 동일한 모멘텀 플럭스 비(q)에 대해 거의 같은 궤적 형상을 보였으나 캐비테이션이 일어날 경우 교란에 의해 액주의 분열 거리는 감소하였고 수력튀김 또한 제트 단면적의 감소 및 제트의 확산으로 분열거리가 감소하였다.