Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.8
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pp.69-76
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2003
For stable combustion and safety of a structure of the propulsion system, a cooling system to the liquid rocket engine should be incorporated. In this study, Eulerian-Lagrangian scheme for two phase combustion, nongray radiation and soot formation effect, and film-wall interaction have been introduced to study the effect of film cooling. After briefly introducing the governing equation, combustion characteristics with change of wall temperature has been investigated by varying such parameters as fuel mass fraction for film cooling, diameter of the fuel droplet, overall mixture fraction of oxygen to fuel. Also, radiative heat flux is compared with the conductive one at the combustor wall.
Experimental studies has been conducted to investigate the effect of orifice diameter ratio on the mixing characteristics of the split element of doublet and triplet elements. The spray characteristics of non-reacting immiscible liquids have been investigated using a patternator. The local volume fraction is measured by use of mean value of each component. This volume measurement represents the mixing characteristics of the liquid, which affect the overall combustion efficiency. The ratio of the orifice diameter, ranging from 1 to 1.5, and that of the jet-momentum, ranging from 0.5 to 6.0, we used. The jet impinging behavior with use of various ratios exhibits substantially different mixing characteristics. Mixing efficiency is maximized when the jet-momentum ratio is increased; this behavior is particularly prominent when the orifice diameter ratio is greater than unity. The split of the triplet element yields better mixing characteristics and is more effective than that of the doublet element in regard to achieving high combustion efficiency. The optimum mixing factor for the triplet element is found to be 0.75, according to our measurement.
This work was performed to investigate the distribution of the fuel droplet size around the bluff-body and the combustion characteristics. The bluff-body is used fur the purpose of increasing the combustion efficiency by stabilizing the flame. Diameters of the bluff-body in this experiment are 6, 8, and 10mm and the impingement angles are $30^{\circ},\;60^{\circ}\;and\;90^{\circ}$. The measurement points were at the distances of 20 and 30 mm axially from the nozzle. The geometry of the bluff-body influenced the spray shape and the combustion characteristics. The SMD was acquired by image processing technique (PMAS), and the mean temperatures were measured by thermocouple. In the condition of ${\theta}=60^{\circ}$, the values of SMD are not greatly varied compared to the other conditions. As the angle of bluff-body was increased, the high temperature region was wider along radial direction. When the air-fuel ratio was larger than 5.2, the NOx concentration was decreased, and an increase in the diameter of the bluff-body decreased the NOx of emission.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.3
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pp.566-574
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1988
A study is described for obtaining real time in situ size and velocity measurements of the spray-droplet using crossed-beam interferometry. The optical arrangement is similar to dual-beam laser Doppler velocimetry(LDV). Droplets passing trough the probe volume scatter light to the collecting lens placed at 90.deg. off-axis angle. The dual-beam light scatter is analyzed by the geometric optics theory to relate the scattered fringe pattern to droplet diameter. The droplet size measurement is based upon the signal visibility. As the system is based on the Doppler effect, a single component of velocity is velocity is extracted concurrent with the size information. The validity of the method is evaluated by comparing its performance to widely accepted but limited technique, the collection method. By using 90.deg. off-axis scatter detection angle, the measurement of the droplet size and velocity distributions, and the local correlations between droplet sizes and velocities in relatively dense spray environments are made possible.
In the present study, spread-recoil behavior of a drop of shear-thinning liquid (xanthan solution) on a dry wall (polished stainless-steel plate) was examined and compared with that of Newtonian liquid (glycerin solution). Nine different kinds of xanthan and glycerin solutions were tested, including three pairs of xanthan and glycerin solutions, each having the same viscosity in low shear rate region ($10^{-2}-10^0\;l/s$). The drop behavior was visualized and recorded using a CCD camera. The maximum diameter and the spreading velocity of the xanthan drops turned out to be significantly larger and the time to reach their final shape was much shorter compared to the cases with the glycerin solutions, due to the smaller viscous dissipation resulted from lower viscosity in the higher shear rate region (>$10^0\;l/s$). As a result, the maximum diameters were measured to be larger than the predicted values based on the model proposed for Newtonian liquids, and the deviation was more pronounced with the solution with the larger viscosity variation. Consequently, viscosity variation with the shear rate was found to be a dominant factor governing the spread-recoil behavior of shear-thinning drops.
Molecular dynamic simulations have been carried out to study the effect of the nano-structure substrate and its temperature on cluster laminating. The interaction between substrate molecules and liquid molecules was modeled in the molecular scale and simulated by the molecular dynamics method in order to understand behaviors of the liquid cluster on nano-structure substrate. In the present model, the Lennard-Jones potential is applied to mono-atomic molecules of argon as liquid and platinum as nano-structure substrate to perform simulations of molecular dynamics. The effect of wettability on a substrate was investigated for the various beta of Lennard-Jones potential. The behavior of the liquid cluster and nano-structure substrate depends on interface wettability and function of molecules force, such as attraction and repulsion, in the collision progress. Furthermore, nano-structure substrate temperature and beta of Lennard-Jones potential have effect on the accumulation ratio. These results of simulation will be the foundation of coating application technology for micro fabrication manufacturing.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.5
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pp.45-57
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2002
In this paper, the results gained by applying many impingement models to the cylinder and flat plate were analyzed in comparison with the experimental data to study a spray/wall interaction phenomena. To begin with, the behavior of spray injected normal to the wall was analysed using three different impingement models ; Naber and Reitz model(NR model), Watkins and Wang model(WW model) and Park and Watkins model(PW model) in the present calculation. The results obtained from these models were compared with experimental data of Katsura et. al. The results indicated that PW model was in better agreement with experimental data than the NR and WW model. Also f3r spray injected at 30DEG , the result of three models were compared with experimental data of Fujimoto et. al. The results showed that m model overpredicted the penetration in the radial direction because this model was based on the inviscid jet analogy. WW model did not predicted the radius and height of the wall spray effectively. It might be thought that this discrepancy was due to the lack of consideration of spray film velocity occurred at impingement site. The result of PW model agrees with the experimental data as time goes on. In particular, a height of the spray droplets was predicted more closely to the experimental data than the other two models. The results of PW model in which the spray droplets were distributed densely around the edge of droplet distribution shaped in a circle had an agreement with the experimental data of Fujimoto et. al. Therefore, it was concluded that PW model performed better than M and WW model for prediction of spray behavior. The numerical calculation using PW model performed to the cylinder similar to the real shape of DI engine. The results showed that vortex strength near the wall in the cylinder was stronger than that in the case of flat plate. Contrary to the flat plat, an existence of the side wall in the cylinder caused the tangential velocity component to be reduced and the normal velocity component to be increased. The flow tends to rotate to the inside of cylinder going upward to the right side wall of cylinder gradually as time passes. Also, the results showed that as the spray angle increases, the gas velocity distribution and the tumble flow seemed to be formed widely.
Kim, Ki-Ro;Kim, Su-Kyum;Byun, Do-Young;Lee, Se-Min;Jung, Kang-Su;Park, Soo-Hyung;Kim, Sung-Kyun;Yu, Myoung-Jong
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.4
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pp.341-347
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2011
This work studies the performance of an injector for a monopropellant thruster, comparing a conventional and new injector types. The conventional injector consists of 8 nozzles on a convex surface allowing the jet to be diverged. The new injector, we suggested, is an impinging type with nozzle holes on a concave surface. The fuel streams through the nozzle holes are collide at a point on an axial direction, which allow to atomize the liquid streams and to spray more uniformly along circular direction. The performance of the injectors is investigated by using computational fluid dynamics, particle image velocimetry and high speed camera visualization.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.11a
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pp.177-180
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2010
Two-stage light gas gun, sorted with Ballistic Range System, is used to research spray characteristics of supersonic liquid jets. When high pressure tube was pressurized to the 135 bar, diaphragm films which composed with OHP film are ruptured. Expansion gases accelerate a projectile approximately 250 m/s at the exit of pump tube. And accelerated projectile collides with liquid storage part and liquid jets were injected into supersonic conditions. Supersonic liquid jets show the multiple jets and generate shockwave at the forward region of jets. Supersonic liquid jets of speed and shockwave angle have different value at each case. Supersonic liquid jets with minimum velocities are injected with M=1.53 at the geometry condition of L/d=23.8.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.5
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pp.54-61
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2001
It is reported that during the cold starting, especially in gasoline engine, the engine response and the effect of HC emission can be improved by prompting atomization and reducing the quantity of fuel adhered to the range of injector tip, inlet port, and inlet valve. The purposes of this study are to promote atomization of fuel before air-fuel mixture in the inlet port. In order to achieve its goal, the glow plug is to evaluate the feasibility of for the early fuel evaporator and the spray behavior characteristics of gasoline, injected on the surface of glow plug with room temperature(2$0^{\circ}C$) and high temperature(25$0^{\circ}C$) is to examine. Particle motion analysis system(PMAS) was used to measure the SMD and the dropsize distribution of impinging spray and free spray. The results of this experiment, evaporation rate of impinging spray was higher than that of free spray, and the higher evaporation rate win, the smaller peak dropsize was. Especially, during early spray SMD of impinging spray was still smaller than that of fee spray.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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