The effect of air entrainment in twin-fluid spray structure is investigated experimentally by varing the amount of itemizing air. The air entrainment is expected to affect on droplet size and velocity, droplet number density, turbulent kinetic energy and vorticity. PDA(Phase Doppler Anemometer) and PIV(Particle Image Velocimetry) system are used to measure those important factors in analyzing spray structure. The results show that spray structure consists of three distinctive regions ; the atomizing region near nozzle, characterizing strong convective effect, the central core region where droplets are accelerated, and the spray sheath region where droplets are decelerated due to air entrainment. The local air entrainment rate is largest near nozzle, characterizing strong turbulent kinetic energy and vorticity but deceases along axial distance.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.6
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pp.1-7
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2017
The atomization of a liquid into multiple droplets has many important industrial applications, including the atomization of fuels in combustion processes and coating of surfaces and particles. Ultrasonic atomizing nozzle has a transducer that receives electrical input in the form of a high frequency signal from a power generator and converts that into mechanical energy at the same frequency. Liquid is atomized into a fine mist spray using high frequency sound vibrations. In coating applications, the unpressurized, low-velocity spray reduces the amount of overspray significantly because the droplets tend to settle on the substrate, rather than bouncing off it. The spray can be controlled and shaped precisely by entraining the slow-moving spray in an ancillary air stream using specialized types of spray-shaping equipment. The desired patterns of spray can be obtained using an air stream. To simulate the water mist behavior of an ultrasonic atomizing nozzle using an air stream, the Lagrangian dispersed phase model was employed using the commercial code FLUENT. The effects of the nozzle contraction shape, water droplet size and the pneumatic pressure drop on the spray characteristics were investigated to obtain the optimal condition for coating applications.
Two nozzles with different size (Figure 2) were particularly designed to supply air through the swirl core into the central part of the liquid stream in the same parallel direction to produce a well-mixed air and water in the whirl chamber as spray liquid in bubble formation. Atomization was attempted to improve by using both the preliminary break-up process with less viscosity and less surface tension in the whirl chamber and the effects of increased frequency of the band of drops with the raised ambient air density in front of the nozzle orifice. The volumetric ratio between spray liquid and air on four levels was used to investigate the effects of air as a component of the mixture on atomization. The results of the experiment were summarized as follows; Droplet size became progressively finer as the operating pressure was increased in the range of $0.70kg/cm^2$ to $6.33kg/cm^2$, which was similar to the previous works. The new atomizing mechanism so-called 'air-center nozzle' gave a narrower range in droplet size distribution with smaller volumetric median diameter (VMD) than that of the existing spray system at a given pressure, which showed the possibility of improvement of atomization in a certain limit. The volumetric median diameter produced by the new atomizing mechanism was decreased from the central region toward the exterior edges across the spray pattern.
Droplet sizes produced from a mist blower should be adequate to get highly biological effects with a reasonable level of work performance. However the droplet sizes from the conventional nozzles of the mist blower were around VMD 95 to 469$\mu$ which were relatively large as compared with the recommended droplet sizes in liquid flow rate of 17.2 m$/ell$s with air flow rate of 16660$m^3$/s on the maximum travel distance of about 4.0 m. The velocity of air stream at the point where two fluids, air and liquid, impact each other, was tried to maximize as much as possible in order to enhance the atomization performance of a newly designed twin fluid nozzles with the same or better level of performance of the conventional mist blower, The configuration of nozzle orifice should be designed to enlarge the contact area between air and liquid to enhance the atomization.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.6
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pp.1529-1538
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1995
In this study, a liquid sheet type co-axial nozzle has been used to investigate the turbulent atomization characteristics which could result in the experimental data to be used in designing a jet nozzle with high performance. Image processing technique and immersion sampling method were employed to measure droplet size. In atomizing characteristics, droplet size distributions and absolute droplet sizes, SMD(Sauter Mean Diameter) have been investigated in the wide ranges of flow field depending upon the air-water mass ratios. And the comparisons between the present data and the semi-empirical curves have been conducted semi-empirical correlation for SMD has been derived in the present analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.618-629
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1991
The purpose of this experiment is to understand the distribution of coal particles inside CWM droplet which is believed to be a very important factor controlling the flame stability. CWM slurry is atomized by an air assisted twin fluid nozzle. An experimental rig is designed and fabricated. The mean size of coal particle distribution in CWM slurry, atomizing air pressure, coal particle loading in slurry and sampling position inside spray are main experimental variables. The atomized CWM droplets are sampled on the thin white layer of magnesium oxide by the emergency sampling shutter. The sampled coal particles on magnesium oxide layers are collected into test tubes and dispersed completely by Ultra-Sonicator. The size distribution of coal particles inside droplets are measured by Coulter Counter. The presence of coal particle inside the impressions of droplets on magnesium oxide layer are investigated by photo technique. There are quite many droplets which do not have any coal particles. Those are just water droplets, not CWM droplets. The population ratio of droplets without coal particles to toal number of droplets is strongly affected by the mean size of coal particle distribution in slurry and this ration becomes bigger number as the mean size of coal particles be larger. The size distribution of coal particles inside CWM droplets is not even and depends on the size of droplet. Experimental results show that the larger CWM droplets has droplets has bigger mean value of particle size distribution. This trend becomes more evident as the atomizing air pressure is raised and the mean size of coal particles in CWM slurry is bigger. That is, the distribution of coal particles inside CWM dropolets is very much affected by the atomizing air pressure and the mean size of pulverized coal particles in CWM slurry.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.2147-2159
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1991
The effects of principal dimensions of internal mixing twin-fluid atomized and operating conditions on the atomizing characteristics are experimentally investigated. The tests are conducted over the wide range of air/liquid ratio to predict influences of the diameter and length of nozzle, contacting angle between air and liquid in the mixing chamber, and air orifice diameter on the mean drop size(SMD), spray angle, distribution of drop size, and spray dispersion, And also, initial distribution of liquid column by air stream within the mixing chamber are observed through the transparent nozzles. A He-Ne laser particle sizer(MALVERN Model 2604) was used to measure the Sauter.s mean diameter( $D_{321}$) and droplet sizes distribution. In this experiment the air/liquid ratio, mixing length and nozzle diameter have a great influence on SMD, spray angle, droplet sizes distribution and spray dispersion.
Wall thinning of pipeline in power plants occurs mainly by flow acceleration corrosion (FAC), cavitation erosion (C/E), liquid droplet impingement erosion (LDIE). Wall thinning by FAC and C/E has been well investigated; however, LDIE in plant industries has rarely been studied due to the experimental difficulty of setting up a long injection of highly-pressurized air. In this study, we designed a long-term experimental system for LDIE and investigate the behavior of LDIE for three kinds of materials (A106B, SS400, A6061). The main control parameter was the air-water ratio (${\alpha}$), which was defined as the volumetric ratio of water to air (0.79, 1.00, 1.72). In order to clearly understand LDIE, the spraying velocity (${\nu}$) of liquid droplets was controled larger then 160 m/s and the experiments were performed for 15 days. Therefore, this research focuses relation between erosion rate and air-water ratio on the various pipe-flow materials. NPP(nuclear power plant)'s LDIE prediction theory and management technique were drawn from the obtained data.
In order to improve atomization of droplet of sprayers, gun-type nozzle equipped with swirl screw which could increase tangential velocity had been used in this study. The results obtained were as follow: The larger diameter of atomized droplet was, the longer it reached. Tile atomizing phenomenon while using swirl screw in the nozzle was more efficient. There was little difference of travelling distance in the both nozzles when the small diameter of disk hole was used, but thetravlling distance of the nozzle with swirl screw was evidently getting shorter with the increase of the hole diameter compared to that of the nozzle without swirl sorew. The size of sprayed particles was getting smaller owing to the phenomenon of air movement the one to two meters travelling distance of droplet from maximum travelling point.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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