본 연구에서는 액체로켓엔진의 연소기에 장착되는 동축 스월형 분사기의 분무 특성에 대해 연구하고자 하였으며 특히 외측 오리피스의 초기 분열 조건에 대한 액막의 두께 및 분무각을 정확히 예측하고자 수력학적인 이론으로부터 유효단면적 개념을 도입하고 분사기의 특성을 결정짓는 변수들을 재정의 하였다. 이러한 유도로부터 계산된 SMD 등은 실험치와 비교적 잘 일치하는 것을 볼 수 있었으며 분무각 및 분무두께 등은 정성적으로 잘 일치하는 것을 볼 수 있었다.
This paper presents the atomization characteristics of single hole injector in the direct injection type diesel engine. The spray characteristics of fuel injector such as the droplet size and velocity were measured by phase Doppler particle analyzer. In this paper, the atomization characteristics of fuel spray are investigated for the experimental analysis of the measuring data by the results of mean diameter and mean velocity of droplet. The effect of fuel injection pressure on the droplet size shows that the higher injection pressure results in the decrease of mean droplet diameter in the fuel spray. The minimum size of fuel spray droplet appears on the location of 40mm axial distance from nozzle exit of diesel injector. Based on the experimental results, the correlation between the droplet diameter and mean velocity of the diesel spray due to the change of axial and radial distance from the nozzle tip were investigated.
This paper is intended to analyze the macroscopic behavior and transient atomization characteristics of the high-pressure gasoline injector in direct-injection gasoline engine. The global spray behavior of fuel injector was visualized by shadowgraph technique. Time-resolved droplet axial and radial velocity components and droplet diameter were measured at many probe positions in both axial and radial directions by a two-component phase Doppler particle analyzer (PDPA). In order to obtain the influence of fuel injection pressure, the macroscopic visualization and experiment of particle measurement on the fuel spray were investigated at 3,5 and 7 MPa of injection pressure under different surrounding pressure in the spray chamber. The results of this work show that the fuel injection pressure of gasoline injector in GDI engine has influence upon the mean droplet diameter, mean velocity of spray droplet, the spray tip penetration, and spray width under the elevated ambient pressure.
스월 인젝션 하이브리드 로켓의 고체연료에서 축 방향 국부 후퇴율 거동을 고찰하였다. 일반적으로 축 인젝션 후퇴율은 연료 그레인 축 위치가 입구에서 멀어질수록 감소하다가, 다시 증가하는 경향을 보인다. 이에 반해 스월 인젝션 후퇴율은 연료 입구부에서 높고, 하류에서는 비교적 균일한 후퇴율을 보임을 확인하였다. 전체 후퇴율은 스월 인젝션의 경우가 축 인젝션의 경우에 비해 54% 증가하였다. 본 연구를 통해 소형 사운딩 로켓에서 스월 인젝터를 사용하는 것이 유용할 수 있음을 확인하였다.
When the heat release and acoustic pressure fluctuations are generated in the combustor by irregular combustion, these fluctuations affect the mass flow rate of the propellants injected through the injectors. Also, the variations of the mass flow rate by these fluctuations again bring about irregular combustion and furthermore that is related with combustion instability. Therefore, it is very important to identify the mass variation for the pressure fluctuation on the injector and to investigate its transfer function. So, we first have studied quantifying the variation of mass flow rate generated in simplex swirl injector by injection pressure fluctuation. To acquire the transient mass flow rate in orifice with time, we have tried to measure of the flow axial velocity and liquid film thickness in orifice. The axial velocity is acquired through theoretical approach after measuring the pressure in orifice and the flow area in the orifice is measured by electric conductance method. As results, mass flow rate calculated by axial velocity and liquid film thickness measuring in orifice accorded with mass flow rate acquired by direct measuring method in the small error range within 1 percents in steady state and within 6 percents as average mass flow rate in pulsated state. Hence this method can be used to measure the mass flow rate not only in steady state but also in unsteady state because the mass flow rate in the orifice can acquire with time and this method shows very high accuracy based on the experimental results.
Spray angle, a parameter which is most commonly used to evaluate. spray distribution, is important because it affects the axial and radial distribution of the fuel. Spray angles were measured and compared for the pintle-type gasoline fuel injector with n-heptane as a test fuel with the three different measuring techniques, i.e. digital image processing, shadowgraphy and spray patternator, respectively. Fuel was injected with the injection pressures of 0.2-0.35MPa into the room temperature and atmospheric pressure environment. In digital image processing method, the transmittance level greatly influences the spray angle with the axial distance from the injector. From the experimental results by the shadowgraphy technique, it is obvious that the spray angle vary during the injection period. The results of spray angle from the spray patternator show that there exist the different spray angles in the different areas. The spray angles increase with the increase in the injection pressure for the three measurement techniques considered in this study. The spray angle is widely different, especially in the near region from the injector, according to the measurement techniques used in this experimental work.
Numerical analysis was carried out to investigate performance and combustion characteristics of KSR-III liquid rocket engine with several types of baffle. To evaluate the change of performance and combustion characteristics with several types of baffle, the first numerical calculations were performed about baffle tab, radial blade baffle, and hub-and-spoke baffle. Then radial blade and hub-and-spoke baffle were determined to design two types of the KSR-III engine with baffles. Also to investigate the effect of injector arrangements and baffle positions, two types of radial blade baffle were calculated then numerical calculations were carried out with changing axial length of radial blade I, II and hub-and-spoke baffle. While axial length of baffle effected to performance very small, injector arrangement effected to performance largely through calculations of radial blade I, II. From the viewpoint of combustion instability, hub-and-spoke baffle controlled combustion instability effectively and there was the performance of hub-and-spoke baffle between radial blade I and II.
본 연구에서는 액체 추진제 로켓엔진의 연소기에 주로 사용되는 액체-액체 동축 스월형 분사기의 분무특성에 대해 고찰하였다. 액막의 분열에는 선형 안정성 이론[1]을 도입하였고 분열 후 충돌에는 충돌이후 분열이 고려된 Post[2]의 모델을 사용하였으며, solver로는 KIVA[3]를 사용하였다. 이러한 모델을 통해 디젤 엔진에 적합한 고속 분사와 로켓엔진에 적합한 저속 분사를 각각 검증하였고 실험결과와 잘 일치하는 것을 볼 수 있었다.
This study was performed to figure out spray behavior and fuel atomization characteristics of a piezo-driven injector and a solenoid-driven injector in the common-rail injection system under the same design parameters and test conditions. The process of spray injection was visualized by using the spray visualization system composed of a Nd:YAG laser and an ICCD camera. The atomization characteristics were investigated in terms of axial mean velocity, Sauter mean diameter(SMD) and droplet distributions obtained from a phase Doppler particle analyzer system. Compared with solenoid-driven injector, the piezo-driven injector has short injection delay and reaches quickly to the maximum injection value. Spray tip penetration shows some difference, however, spray angle of piezo-driven injector is wider than that of solenoid-driven injector. Sauter mean diameter of piezo-driven type injector is smaller than that of solenoid-driven type.
In generally, the regression rate was expressed with average value and oxidizer mass flux in hybrid propulsion system. This can not represent the local value of regression rate along with oxidizer flow direction. In this study, experimental studies were performed with Separation method and Cutting method for measure local regression rate. In axial injection, the local regression rate decreases rapidly with axial location near entrance and increases with axial direction from the leading edge and the empirical formula for local regression rate with function of oxidizer mass flux and location was derived. Swirl injection regression rate has higher value at the leading edge of the fuel and comparatively uniform regression rate at the downstream. Overall regression rate of swirl injection is higher increased about 54 % than regression rate of axial injection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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