This paper is intended to analyze the macroscopic behavior and transient atomization characteristics of the high-pressure gasoline injector in direct-injection gasoline engine. The global spray behavior of fuel injector was visualized by shadowgraph technique. Time-resolved droplet axial and radial velocity components and droplet diameter were measured at many probe positions in both axial and radial directions by a two-component phase Doppler particle analyzer (PDPA). In order to obtain the influence of fuel injection pressure, the macroscopic visualization and experiment of particle measurement on the fuel spray were investigated at 3,5 and 7 MPa of injection pressure under different surrounding pressure in the spray chamber. The results of this work show that the fuel injection pressure of gasoline injector in GDI engine has influence upon the mean droplet diameter, mean velocity of spray droplet, the spray tip penetration, and spray width under the elevated ambient pressure.
The droplet behavior of 83.9 wt.% HAN water solution was investigated experimentally with various ambient temperature and nitrogen environment. At the initial stage of evaporation under thermal decomposition temperature of HAN, gradual decreasing of droplet diameter was observed. After that, the droplet started to expand due to the internal pressure build up by water nucleation inside the droplet. The micro explosion was observed at higher temperature than the decomposition temperature of HAN and the remaining droplet showed similar behavior of single composition droplet. The decreasing rate was augmented as the ambient temperature increasing.
An experimental investigation has been conducted to study the spray and combustion characteristics using the air-assisted twin fluid atomizer. Axial mean and fluctuating velocity components as well as drop-size distributions in non-reaction spray were measured with a nonintrusive phase doppler technique. Droplet number density distributions were also visualized using high speed CCD camera. Locations of spray and flame boundaries are obtained by direct photographic method. It is confirmed that at the fixed fuel flow rate, the increase of the atomizing air flow causes improvements on both spray and combustion characteristics under stable flame conditions. Internal group combustion modes where flame is located inside the spray boundary are observed to exist in the upstream region of higher droplet number density.
The atomization characteristics of air-assist atomizer which is surrounded by a coflowing airstream is investigated. The air-assist, coflow air stream had swirl imparted to them in the same direction with 45 degree's angle swillers. The fuel and air entered the combustor at ambient temperature and the combustor was operated in an unconfined environment. Diesel fuel was used for all the experiments. Drop size and mean velocity are reported for certain distances downstream from the nozzle. The droplet size and velocity measurements were performed using a two-component phase/Doppler particle analyzer and velocity profiles across the entire flowfield are presented.
An experimental study has been carried out of the combustion behavior of single fuel droplets of water-in-light oil emulsions in an electric furnace to elucidate the dominant factor for the occurrence of micro-explosions. The tests were carried out by changing the following four parameters; the size of water droplets in the emulsified fuels having the same water content, the ratio of water to light oil, ambient temperature in electric furnace, and the kind of fuel having different viscosity(Kerosene, Olive Oil). The result shows that the each parameter plays the different role in the effect on behavior of vaporization, explosion, ignition and combustion for single droplets of water-in-oil Emulsified fuels.
The burning characteristics of interacting droplets with internal circulation in a convective flow are numerically investigated at various Reynolds numbers. The transient combustion of 2-dimensionally arranged droplets, both the fixed droplet distances of 5 radii to 40 radii horizontally and 4 radii to 24 radii vertically, is studied. The results obtained from the present numerical analysis reveal that the transient flame configuration and retardation of droplet internal motion with the horizontal or vertical droplet spacing substantially influence lifetime of interacting droplets. At a low Reynolds number, lifetime of the two droplets with decreasing horizontal droplet spacing increases monotonically, whereas their lifetime with decreasing vertical droplet spacing decreases due to flow acceleration. This flow acceleration effect is reversed when the vertical droplet spacing is smaller than 5 radii in which decreasing flame penetration depth causes the reduction of heat transfer from flame to droplets. At a high Reynolds number, however, lifetime of the first droplet is hardly affected by either the horizontal droplet spacing or flow acceleration effect. Lifetime with decreasing vertical droplet spacing increases due to reduction of flame penetration depth. Lifetime of interacting droplets exhibits a strong dependence on Reynolds number, the horizontal droplet spacing and the vertical droplet spacing and can be con-elated well with these conditions to that of single burning droplet.
The burning characteristics of interacting droplets with internal circulation in a convective flow are numerically investigated at various particle arrangement and size difference. In this simulation some conditions are fixed, surround gas temperature is 1250K, pressure is 10 atm and drolet's initial temperature is 300K. The transient combustion of arranged droplets, the fixed droplet distances of 4 radii to 20 radii horizontally, is studied. And the range of size of droplet is 75${\mu}m$ to 100${\mu}m$. The results obtained from the present numerical analysis reveal that the transient flame configuration and retardation of droplet internal motion with the horizontal spacing substantially influence lifetime of interacting droplets. At a Reynolds number 10, lifetime of the three droplets with decreasing horizontal droplet spacing increases monotonically. But when droplet spacing decreases further to 4radii, Lifetime of interacting droplets are increase. So Lifetime of interacting droplets exhibits a strong dependence on the horizontal droplet spacing and size difference. It can be investigated well with these conditions to that of single burning droplet.
상용 전산유체해석 프로그램을 사용하여 오리피스형 분사기에서 수직분사 액체 제트의 다상유동을 해석하였다. 본 연구의 목적은 오리피스형 분사기 분무 특성을 이해하고 연소기 내부 위치에 따른 유동조건와 항력계수와의 관계식을 구하는 것이다. 수치해석 결과 모형 램젯 연소기에서 수직분사 유동해석은 난류점성모델인 Realizable $k-{\varepsilon}$ 모델과 다상유동모델인 DPM 모델이 유효함을 확인하였다. 또한 오리피스형 분사기에서 레이저 흡수법을 사용하여 측정한 실험결과(증기농도분포)는 수치해석 결과와 잘 일치하였다.
Evaporation and combustion characteristics of fuel droplet with carbon nanoparticle were investigated in a rapid compression machine(RCM). RCM is an experimental equipment to simulate one compression stroke of reciprocating engine. Nitrogen was charged into reaction chamber for evaporation experiment, while oxygen was charged for combustion experiment. N990 carbon black and n-heptane were used to synthesize the carbon nanofluids. Surfactant, span80, was used to make synthesis easier. The droplet pictures were taken using a high speed camera with 500 frames per second. Thermocouple, of which tip is $50{\mu}m$, was used not only to measure transient bulk temperature, but also to suspend the droplet. Reaction chamber temperature was calculated from pressure data. The evaporation rate of nanofluids was improved compared to pure fuel. The ignition delay was promoted due to the nanoparticle, but the burning rate was decreased.
A systematic numerical experiment has been conducted to study droplet gasification in high pressure environments with pressure oscillations. The general frame of previous rigorous model[1] is retained but tailored for flash equilibrium calculation of vapor-liquid interfacial thermodynamics. Time-dependent conservation equations of mass, momentum, energy, and species concentrations are formulated in axisymmetric coordinate system for both the droplet interior and ambient gases. In addition, a unified property evaluation scheme based on the fundamental equation of state and empirical methods are used to find fluid thermophysical properties over the entire thermodynamic domain of interest. The governing equations with appropriate physical boundary conditions are numerically time integrated using an implicit finite-difference method with a dual time-stepping technique. A series of calculation have been carried out to investigate the gasification of an isolated n-pentane droplet in a nitrogen gas environment over a wide range of ambient pressures and frequencies. Results show that the mean pressures and frequencies of the ambient gas have strong influences on the characteristics of the droplet gasification. The amplitude of the response increases with increasing pressure, and the magnitude of the vaporization response increases with the frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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