Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.10
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pp.2699-2709
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1995
This investigation reports on the study of the ambient turbulent effects on the droplet vaporization in the fuel spray combustion. For tractability, this discussion considers a single droplet in an infinite turbulent flow. In this numerical study, the low-Reynolds-number version of k-.epsilon. turbulence model was used to represent the turbulence effects. The set of two-dimensional conservation equations which describe the transport phenomena in turbulent flow using the mean flow quantities including the droplet internal laminar motion, are solved numerically with the finite difference procedure of Patankar(SIMPLER). The evaluation of the computational model is provided by two limiting cases: turbulent flow over the solid sphere and the laminar flow over a liquid drop. The results show that the turbulence effects are noticeable for the vaporization at high turbulence intensity (10-50%) which is encountered in a typical spray. The magnitude of turbulence effects mainly depends on the turbulent intensity. These effects are not sensitive to the Reynolds number in the range of 50 to 200, ambient temperature in the range of 700 to 1000.deg. K and the volatility.
In this paper we report the method of visualizing and measuring the fluid flow within a small droplet of millimeter size. We use a vertical laser sheet in visualization of the micrometer size and special attention is given to the arrangement of microscope to obtain clear images. Then we use a PIV technique to measure the velocity of the internal flow from the images taken. Since the droplet is of spherical shape, the images represent highly deteriorated picture of the real objects due to the refraction phenomenon. In order to compensate the refraction, we in this study developed two kinds of methods for the real velocity. In the first method, the refracted images are directly used to obtain the velocity in the image space, and then the velocity is transformed to the real space. In the second method the images are first transformed to the real-space objects, and then the PIV is used to measure the velocity field. We compared the two results to prove the usefulness of the compensation technique.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.7
no.2
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pp.23-35
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2003
"Backhole" is a new geometric parameter and is defined as an extra empty volume which is located behind the tangential entries at the rear part of the vortex chamber in the swirl injector. Backhole makes a difference to the spray characteristics of swirl injectors such as the spray angle, SMD, the mixing characteristics and so on. To find its characteristics, experiments are conducted by using a stroboscopic photography, a PDPA apparatus and a mechanical patternator. With the backhole, the mass flow rate of the swirl injector is increased and the center region of the injected flow has more large volume than that of without the backhole. Also the cone angle can be controlled by the backhole, so that the mixing efficiencies of swirl injectors are changed. Based on cold-flow tests, the swirl injector with the backhole may improve its performance.rformance.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.4
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pp.317-323
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2020
In this study, the correlations between flow rate, exhaust pressure, and droplet mean diameter with the shape factor of a water curtain nozzle were investigated. To analyze the flow coefficient and the distribution constant on the effects of the hydraulic diameter, five nozzles (D5W3, D5W6, D5W8, D4W6, and D7W6) were mocked up with a consideration of the internal diameter and width. The results showed that the flow coefficient increased in proportion to the constant 0.79 and 62.8 of the hydraulic diameters according to the diameter. As the nozzle width increased, the average droplet size decreased to the -0.235 exponential of the pressure. The average volume was reduced, in which the size distribution of the volume indeterminate decreased with increasing pressure for the same nozzle of the water-curtain. The distribution constants of droplet increased in proportion to the 0.258 exponential of the hydraulic diameter and 244.21. These results are expected to be useful to the design of pressure, flow meter, and average droplet size from a water curtain nozzle to predict the flow characteristics.
A prediction of binary droplets collision is important in the formation of falling drops and the evolution of sprays. The droplet velocity, impact parameter and drop-size ratio have influence on the interaction of the droplets. By the effect of these parameter, the collision processes are generated with the complicated phenomena. The droplet collision can be classified into four interactions such as the bouncing, coalescence, reflexive separation and stretching separation. In this study, the two-phase flow of the droplet collision was simulated numerically by using the Level Set method. 2D axi-symmetric simulations on the head-on collisions in the coalescence and reflexive separation, and 3D simulation on the off-center collisions in the coalescence and stretching separation were performed. These numerical results showed good agreements with the experimental and analytical results. For tracking the identity of droplets after the collision, transport equation for the volume fraction of the each initial droplet were used. From this, the identities of droplets were analyzed on the collision of droplets having different size.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.313-316
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2011
This paper investigates CFD investigation on single phase supersonic nozzle flow and 2-phase subson ic flow prior to rocket nozzle supersonic 2-phase flow with water injection within the flame deflector. Numerical results of supersonic nozzle single phase flow showed no notable unrealistic behavior as it captures the usual shock cell structures. Three-dimensional 2-phase flow analysis has also been performed to verify whether the approach can grab the droplet behavior during cooling by water injection. It is expected these basic studies will enhance the cooling problem analysis of supersonic 2-phase rocket plume in the future.
If a liquid droplet evaporates on a solid substrate, when it completely dries, it leaves a peculiar pattern, which depends on the composition of the liquid. Not only a single component liquid but also complex liquids are studied for a different purpose. In particular, a binary mixture droplet has been widely studied and used for an ink-jet printing technology. In this study, we focus on investigating to visualize the internal flow field of an ethanol-water mixture by varying a concentration ratio between two liquids. We measure the in-plane velocity vector fields and vorticities. We believe that this fundamental study about the internal flow field provides a basic idea to understand the dried pattern of the binary mixture droplet.
The water droplet motion and the interaction between the droplets in a PEMFC air flow channel with multiple pores, through which water emerges, is studied numerically by solving the equations governing the conservation of mass and momentum. The liquid-gas interface is tracked by a level set method which is based on a sharp-interface representation for accurately imposing the matching conditions at the interface. The method is modified to implement the contact angle conditions on the walls and pores. The dynamic interaction between the droplets growing on multiple pores while keeping the total water flow rate through pores constant is investigated by conducting the computations until the droplet motion exhibits a periodic pattern. The numerical results show that the droplet merging caused by increasing the number of pores is not effective for water removal and that the contact angle of channel wall strongly affects water management in the PEMFC air flow channel.
The transient laminar reacting flows around fuel droplet have been numerically analyzed. The physical models used in this study can account for the variable thermophysical properties and the chemistry is represent by the one-step global reaction model. The present study is focused on the vaporization and ignition characteristics, flame structure including wake flame, transition flame and envelope flame, and interaction between droplets. Special emphasis is given to the triple flame structure and flame stabilization.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.15-22
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1988
실제의 흡기관에서는 단면이 일정한 직관이 아니며, 피스톤기관의 흡기관은 단면변화가 불가피하여 액적은 소성으로 인한 관벽과의 충돌로 부착하게 되고 액적부유율은 더욱 작게 된다는 D.A. Trayser, W.E. Ranz등의 보고가 있다. 또 보제행남들은 액막류의 발생이 유해배기 가스를 증가시키고 액막류의 감소는 기통사이의 연료분배의 불균일도를 저하시키므로 NOx, HC, CO가 크게 감소된다고 보고하였다. 이와같이 액막유의 존재는 각 실린더에 유입하는 연료의 질적차이를 가져오기 때문에 액막유를 분리제거하는 방법의 연구도 많이 이루어지고 있으나 아직 실용상에 문제가 많은 것으로 남아있다. 따라서 본 고에서는 이와같이 문제되고 있는 흡기관내 액막유동의 거동을 고찰하기 위하여 액막두께 변동을 측정하는 방법에 대하여 저자들이 사용하였던 방법과 그외 초음파를 이용한 액막두께 측정법을 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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