• Journal of Power System Engineering
• /
• v.14 no.2
• /
• pp.5-11
• /
• 2010

분사연료의 혼합기형성과정 최적화를 통한 연소제어 기술은 디젤기관의 기관운전 및 배기특성을 향상시키기 위하여 매우 중요하다. 또한 분무의 혼합기형성 최적화를 위해서는 분사된 연료와 주위기체와의 혼합과정에 영향을 미치는 분무내부의 유동특성에 대한 연구는 필수 불가결하다. 따라서 본 연구에서는 고온 고압의 증발장에서 분무의 액상 거동에 주목하고, 그 거동특성을 통하여 증발디젤분무의 혼합기형성을 해석한다. 비정상 증발분무의 중심축에 레이저 시트광을 입사한 후, 액상분무 액적의 Mie 산란광에 의한 2차원 화상을 획득하여 증발분무 액상의 속도분포 및 와도(vorticity) 등을 구하였다. 분무의 속도분포 및 와도는 2차원 화상에 PIV법을 적용하여 계산하였다. 그림 1에 본 연구에서 구한 속도분포의 일례를 보인다. 본 연구의 결과로 상변화를 동반하는 비정상 증발장에서 구한 분무액상의 거동 특성은 상변화가 일어나지 않는 비증발장에 있어서의 분무거동특성과 유사함을 확인하였다.

• Journal of Power System Engineering
• /
• v.15 no.3
• /
• pp.5-11
• /
• 2011

디젤기관의 경우는 종래부터 직분식이 주류를 이루었고, 근래에는 분사압력의 고압화가 진행중이다. 분사압력의 고압화에 의해 연소효율의 향상 및 배출가스중의 입자상물질(PM:Particulate Matter)의 저감을 유도하고 있으나, 연소가스의 고온화로 인해 질소산화물(NOx:Nitrogen Oxides)은 증가한다. 따라서, 분사기간의 지연(Retard)이나 파일럿분사(Pilot injection)등의 혼합기제어에 의해 질소산화물의 저감을 꾀하고 있다. 이와 같이 디젤기관에 있어서도 혼합기 형성의 최적화에 의한 연소제어를 시도하는 수법이 중시되고 있고, 이를 위해서는 디젤분무 구조에 기초한 혼합기의 형성기구에 대한 규명이 매우 중요하다. 그러므로 본 연구에서는 보다 고도의 혼합기형성 제어를 위한 기초연구로서 고온 고압장에서의 증발디젤자유분무구조를 해석하였으며, 계측영역은 연료와 주위기체와의 혼합이 활발히 진행되는 분무의 하류영역으로 설정하고, 입자화상속도측정법(particle Image Velocimetry:PIV)을 이용한 분무의 유동해석을 기초로 증발 디젤분무의 구조 해석을 행하였다. 실험조건으로서 분사압력을 72MPa, 112MPa로 각각 변화시켰다.

• Journal of Power System Engineering
• /
• v.14 no.2
• /
• pp.16-21
• /
• 2010

분사된 연료의 미립화(atomization), 증발(evaporation), 그리고 혼합기형성과정(mixture formation process)이 디젤엔진의 착화 및 연소특성에 영향을 미치기 때문에, 디젤엔진 내에 분사된 연료의 구조해석으로부터 일련의 과정, 즉 고압분사, 분열(breakup), 미립화, 그리고 주위기체의 난류 도입(entrainment)에 관한 연구$^{1-3)}$는 꾸준히 행해져왔다. 본 연구는 증발디젤분무의 구조해석으로부터 디젤충돌분무의 혼합기형성과정을 조사한다. 주위기체의 밀도는 실험변수로서 선택하였고, $5.0kg/m^3$에서 $12.3kg/m^3$까지 변화시켰다. 그리고 소형고속디젤엔진에 있어서 연료분사초기의 상태의 고온 고압 설정이 가능한 정적용기를 사용했다. 주위 온도와 연료분사압력은 각각 700K 및 72MPa로 일정하게 유지했다. 충동증발분무의 액상과 기상의 이미지는 엑시플렉스형광법으로 동시 계측하였다. 실험결과로서 주위기체의 밀도가 높을수록 충돌분무의 선단도 달거리가 주위기체의 항력으로 인하여 감소하였다.

• Journal of Power System Engineering
• /
• v.13 no.3
• /
• pp.20-26
• /
• 2009

디젤기관에서 배출되는 유해배출성분인 NOx(Nitrogen oxides)와 PM(Particulate matter)은 기관 실린더내의 혼합기 분포에 의해 그 생성이 지배된다. 이 때문에 그 유해배출물들을 저감하기 위해서는 연소의 전단계인 혼합기 분포 및 그 생성과정의 해석은 매우 중요하다. 디젤기관에서 노즐로부터 분사된 연료는 주위기체와 혼합기를 형성하는 과정에서 액체에서 기체로 상변화를 동반한다. 따라서 분무의 혼합기형성과정을 해석하기 위해서는 액상과 기상을 동시에 분리하여 계측하는 것이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 디젤분무를 대상으로 Melton 등이 제안한 엑시플렉스(Exciplex) 형광법을 이용하여, 분무의 액상과 기상을 동시에 2차원분리해서 가시화촬영을 행하였다. 그 엑시플렉스 형광법을 이용하여 획득한 이미지에 화상 응용해석을 실시하여 비정상증발디젤분무의 혼합기형성과정에 대한 정보를 얻고자 하였다. 엑시플렉스 형광법을 이용해서 증발분무의 거동측성을 해석한 결과 프랙틸해석을 이용한 분무 흐트러짐(Disturbance)의 평가에서 플랙틸차원은 분사압력의 변화에 관계없이 하나의 값, 약 1.1로 정리 할 수 있고, 그 결과 각 분사압력에 대한 분무 기상외곽곡선(외주)은 거의 동일한 정도의 요철형상을 갖는다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• v.34 no.5
• /
• pp.645-652
• /
• 2010

The aim of this investigation was study on the non-evaporation diesel spray characteristics injected through a common-rail diesel injector under various ambient pressure. The diesel spray was investigated with observation of macroscopic characteristics such as spray tip penetration and spray cone angle by the shadowgraph and the image processing method. The numerical study was conducted using a computational fluid dynamics code, AVL-FIRE. The breakup models used were WAVE model and standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model was applied. The numerical study used input data which spray cone angle and fuel injection rate was achieved by Zeuch's method. Comparison with experimental result such as spray tip penetration was good agreement. Distribution of droplet diameter were conducted on four planes where the axial distances were 5, 15, 39 and 49mm respectively downstream from the orifice exit.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.33 no.3
• /
• pp.201-206
• /
• 2009

The focus of this work is placed on the analysis of the mixture formation process under the evaporative diesel-free spray conditions. In order to examine homogeneity of mixture within the vapor phase region of the injected spray, image analysis was carried out based on the entropy of statistical thermodynamics. As an experimental parameter, the injection pressure and ambient gas density were selected, and effects of the injection pressure and density variation of ambient gas on the mixture formation process in the evaporative diesel spray were investigated. In the case of application of the thermodynamic entropy analysis to evaporative diesel spray, the value of the dimensionless entropy always increases with increase in time from injection start. Consequently, the dimensionless entropy in the case of the higher injection pressure is higher than that of lower injection pressure during initial injection period.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
• /
• v.12 no.6
• /
• pp.74-79
• /
• 2004

The effects of change in injection pressure on spray structure have been investigated in high temperature and pressure field. To analyze the structure of evaporative diesel spray is important in speculation of mixture formation process. Also emissions of diesel engines can be controlled by the analyzed results. Therefore, this study examines the evaporating spray structure by using a constant volume vessel. The injection pressure is selected as the experimental parameter, is changed from 72 MPa to 112 MPa with a high pressure injection system(ECD-U2). The PIV(Particle Image Velocimetry) technique was used to capture flow variation of the evaporative diesel spray. A study on the mixture formation process of diesel spray was executed by the results of flow analysis in this study. Consequentially the large-scale vortex flow could be found in downstream spray and the formed vortex governs the mixture formation process in diesel spray.

• Journal of Power System Engineering
• /
• v.14 no.6
• /
• pp.5-12
• /
• 2010

In this study, an analysis of evaporative diesel spray and an usefulness of a general-purpose program, ANSYS CFX release 11.0, are investigated through the comparison and investigation of the experimental results carried out under an evaporative field, in which there is phase transition, by an exciplex fluorescence method and the results analyzed by the CFX program. The diesel fuel called n-Tridecane, $C_{13}H_{28}$, is injected from a single-hole nozzle (l/d=1.0mm/0.2mm) into a constant volume chamber under a high temperature and pressure. In the same condition as the experimental condition, the analysis was carried out. Both results of the spray tip penetration were almost coincident at each time. The results have validated the usefulness of this analysis. As a result, if the ambient pressure is high, the spray tip penetration will be shortened and move toward the nozzle exit.

• Journal of Power System Engineering
• /
• v.9 no.4
• /
• pp.209-213
• /
• 2005

The effects of density change of ambient gas on mixture formation process have been investigated in high temperature and pressure field. To analyze the mixture formation process of evaporating diesel spray is important for emissions reduction in actual engines. Ambient gas density was selected as experimental parameter. The ambient gas density was changed from $r_a=5.0kg/m^3\;to\;r_a=12.3kg/m^3$ with a high pressure injection system(ECD-U2). For visualization of the experiment phenomenon, a CVC(Constant Volume Chamber) was used in this study. The ambient temperature and injection pressure are kept as 700K and 72MPa, respectively. The images of liquid and vapor phase in the evaporating free spray were simultaneously taken by exciplex fluorescence method. As experimental results, with increasing ambient gas density, the tip penetration of the evaporating free spray decreases due to the increase in the drag force from ambient gas.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• v.19 no.3
• /
• pp.9-23
• /
• 1995

To analyze the spray and flame in D.I. diesel engine, the visualizing methods by schlieren photograph and diffused background illumination photograph with high speed camera are applied to optically accessible D.I.diesel engine. Wcaporating spray, spray droplets and brightness flame are taken with high speed camera by visuallizing method in accordance with various suction air temperature and injection time. The spray and flame image on the film was analyzed by image analyzer. The optically accessible D.I. diesel engine had the similar pressure characteristic to the real D.I. diesel engine. Experimental results showed that shadow areas of the evaporating spray were extended at higher suction air temperature, spray droplets had a max. Penetration length and their penetrating patterns were dependent on the surrounding gas temperature, and flame size after ignition was largely governed by the evaporated fuel quantity at ignition point and by the surrounding gas condition due to piston motion.