Computations were performed to investigate the spray characteristics of the twin fluid nozzle in three stage heavy-oil combustion burner. The burner geometry and flow conditions were provided by a burner company. The goal of the study is to estimate mean droplet size, initial velocity and spread factor of the nozzle through comparison between experiments and numerical analyses. Air stage ratio is 2:4:4 by mass, and O2 in exhaust gas is about 4 % by volume. Here, the agreement between the experiment and numerical analyses is evaluated by NOx generation. Spray characteristics will be linearly interpolated between fuel consumption rate l20L/h and 240 L/h.
The aim of this study was to provide the reasonable data for design of the nozzle which produces finer droplets on the same level of the effective travel distance or which transports droplets to the farther target on the reasonable atomization in comparison with the commercial nozzles being used much in Korean rural areas. Newly designed twin-fluid atomizers with some commercial nozzles were tested in this study, and their results were as follows : 1. The characteristics of the spray deposit distribution of No.1 nozzles for farther target were nearly same in the near or nearer travel distance less than 8m. Therefore it was reasonable to combine the characteristics of the spray deposit distributions of No.2 and No.3 nozzles to those of No.1 nozzle. 2. The effective travel distance was increased with increase of the sectional area of the jet ligament, and the maximum effective travel distance was reached to about 17m. 3. The droplet size was increased with increase of the sectional area of the jet ligament, and the maximum droplet size was produced in the front of the point of the maximum spray deposit distribution. 4. The atomization was excellent in the twin-fluid atomizer in comparison with the hydraulic atomizer and also the effective travel distances were nearly same level in both atomizers.
In order to reduce the NOx, SCR technology is most suitable. In this study, we focused on studying the injector part of urea-SCR system. When stoichiometric 1 mole of urea is injected, 2 moles of $NH_3$ are created. $NH_3$ causes a SCR reaction by reacting with NOx. However, urea is decomposed by the side reaction of coming out HNCO, deposit formation is formed. In this study, it was to design a nozzle that can spray the optimal spray flow rate. Test nozzle used in this experiment is efferverscent type. The result of the experiment, liquid flow rate was confirmed to be that they are dominated by the exit orifice diameter. The area ratio is defined by ratio of the area of exit orifice hole and that of aerorator. The droplet size was measured by varying the area ratios. In addition, it was also confirmed that there is no change of the liquid flow rate and air flow rate to change the aerorator at the same exit orifice. Further, It was confirmed that the droplet size was relatively uniform even though the area ratio was different. Finally, there is little change in the SMD that air flow rate increases in 0.3 or more ALR.
Conjugate heat transfer analysis was performed to investigate the flow and cooling performance of the high pressure turbine nozzle of gas turbine engine. The CHT code was verified by comparison between CFD results and experimental results of C3X vane. The combination of k-${\omega}$ based SST turbulence model and transition model was used to solve the flow and thermal field of the fluid zone and the material property of CMSX-4 was applied to the solid zone. The turbine nozzle has two internal cooling channels and each channel has a complex cooling configurations, such as the film cooling, jet impingement, pedestal and rib turbulator. The parabolic temperature profile was given to the inlet condition of the nozzle to simulate the combustor exit condition. The flow characteristics were analyzed by comparing with uncooled nozzle vane. The Mach number around the vane increased due to the increase of coolant mass flow flowed in the main flow passage. The maximum cooling effectiveness (91 %) at the vane surface is located in the middle of pressure side which is effected by the film cooling and the rib turbulrator. The region of the minimum cooling effectiveness (44.8 %) was positioned at the leading edge. And the results show that the TBC layer increases the average cooling effectiveness up to 18 %.
Present study visualized flow pattern and investigated spray characteristics of twin-fluid atomization with converging-diverging nozzles. Particle sizes were measured by using the Malvern particle analyzer, and the radial size distributions were evaluated by using the tomographic transform technique. The results show that the SMD generally increases in the radial direction at a prescribed liquid flow rate and the increasing rate in the SMD becomes gradual as atomizing gas pressure increases. The SMD decreases as the liquid flow rate increases at a fixed GLR (gas/liquid mass ratio). The atomization performance of the protrusion-type nozzle turned out to be superior to that of the flush-type. However, in the case of the protrusion-type, flow separation occurs outside the liquid delivery tube when the pressure at the gas nozzle chamber is high enough, which may deteriorate the atomization performance.
Spray characteristics of external mixing sonic twin-fluid atomization nozzles are investigated experimentally. Particle sizes are measured by the Fraunhofer diffraction method using the Malvern particle analyzer, and their radial distributions are obtained using the tomographical transformation technique. The spatial distribution of SMD shows that the drop size increases in the radial direction at a fixed liquid flow rate, and the distribution is getting uniform rapidly as the atomizing gas pressure increases. The SMD decreases as the liquid flow rate increases at a fixed GLR. It is found that the atomization efficiency of the flush type sonic nozzle is superior to that of protrusion type. The effect of laser beam diameter of the particle analyzer on the spatial SMD distribution is minor at present experimental conditions.
This paper is investigated the entrainment of air into sprays which has significant effects on the combustion efficiency, stability of flame using the air-assisted twin-fluid nozzle in non-burning. The factors which may be expected to affect the entrainment of air by a liquid spray are: Relative velocity of droplet and ambient gas; Drop size and size distribution; Density and other property of the liquid. Here, axial, radial velocity and turbulent kinetic energy of spray droplet was measured with the PIV(Particle Image Velocimetry). Spray characteristics were also visualized using CCD camera. The results indicate that the entrainment rate increases more or less non-linearly with the downstream region.
생활폐기물 소각장에서 발생되는 질소산화물($NO_x$)을 저감을 위한 요소용액 이용 선택적 무촉매 환원(SNCR: selective non-catalytic reduction) 상용화 공정에 대하여 전산유체역학(CFD: computational fluid dynamics) 모델을 개발하였고, 이 모델은 현장 실험결과로 검증되었다. 저 농도 일산화탄소와 12% 과잉공기 조건에서 요소와 질소산화물간의 7개 화학반응식과 액적의 증발과정을 포함하는 3차원 난류반응 흐름 CFD 모델은 소각로에 설치된 SNCR 공정의 유체역학 모사를 위하여 사용하였다. 본 SNCR 공정에서는 정면 노즐 1개와 측면 노즐 2개를 사용하여 2차 연소로 내에 요소용액을 공기와 함께 분사하였다. 3개의 노즐에 동일유량으로 NSR=1.8에서 요소용액과 공기를 분사할 경우, 출구온도는 현장 실험값과 모사값이 일치하며, 질소산화물 저감효율은 실험에서는 57%, CFD 모사에서는 59%를 보여주었다. 각 노즐 별 분사유량의 비율을 변화하면서 수행된 CFD 모사 결과에서는 3개의 노즐에 동일 유량을 분사하는 것보다 정면 1개 노즐에 측면노즐 유량의 2배를 분사하는 것이 약 8% 높은 질소산화물저감 효율을 보여주었다.
In the present work, design optimization of film-cooling hole array on the pressure side of high pressure turbine nozzle was conducted. There are four rows of fan-shaped film cooling holes on the nozzle pressure side surface and each row has a straight array of holes in the spanwise direction for baseline model. For design optimization, hole distributions in streamwise and spanwise directions for three rows of holes except first row are parameterized as a 2nd-order shape function. Three-dimensional compressible RANS equations are used for flow and thermal analysis around the nozzle surface and optimization technique using Design of Experiment, Kriging surrogate model and Genetic Algorithm is used. The results shows that averaged adiabatic wall temperature at the whole nozzle surface decreases about 2.7% and averaged film cooling effectiveness at the pressure side of nozzle increased about 8.2%.
Pathan, Khizar A.;Dabeer, Prakash S.;Khan, Sher A.
Advances in aircraft and spacecraft science
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제7권3호
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pp.203-214
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2020
In many applications like the aircraft or the rockets/missiles, the flow from a nozzle needs to be expanded suddenly in an enlarged duct of larger diameter. The enlarged duct is provided after the nozzle to maximize the thrust created by the flow from the nozzle. When the fluid is suddenly expanded in an enlarged duct, the base pressure is generally lower than the atmospheric pressure, which results in base drag. The objective of this research work is to optimize the length to diameter (L/D) ratio of the enlarged duct using the CFD analysis in the flow field from the supersonic nozzle. The flow from the nozzle drained in an enlarged duct, the thrust, and the base pressure are studied. The Mach numbers for the study were 1.5, 2.0 and 2.5. The nozzle pressure ratios (NPR) of the study were 2, 5 and 8. The L/D ratios of the study were 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10. Based on the results, it is concluded that the L/D ratio should be increased to an optimum value to reattach the flow to an enlarged duct and to increase the thrust. The supersonic suddenly expanded flow field is wave dominant, and the results cannot be generalized. The optimized L/D ratios for various combinations of flow and geometrical parameters are given in the conclusion section.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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