Two-dimensional multiphase flows due to density difference such as the Rayleigh-Taylor instability problem and the droplet splash are simulated by an in-house solution code(PowerCFD). This code employs an unstructured cell-centered method based on a conservative pressure-based finite-volume method with interface capturing method in a volume of fluid(VOF) scheme for phase interface capturing. The present results are compared with other numerical solutions found in the literature. It is found that the present code simulates complex free surface flows such as multiphase flows due to density difference efficiently and accurately.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.3
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pp.635-644
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1994
This study investigated mainly on the flow characteristics of a droplet in the cross region of twin spray. The velocities of the droplet were measured along the axial and radial direction, and the flow characteristics of the droplet were statistically analyzed. For the statistical analysis, the probability density of the turbulent components has been studied, and then the Reynolds shear stress, the skewness and the flatness factors were calculated, and compared with the Gaussian value. Two pressure swirl stomizers were used for the twin spray system and kerosene was employed as the working liquid. 2-D PDA(particle dynamic analyzer) was used for the purpose of the measurement of droplet size and velocities. As a result, it was found that (1) the droplets collision was taken place strongly in the cross region. So, a large momentum loss of droplets due to the loss of natural movement direction was occurred, and momentum loss of radial direction was greater than that of axial direction. (2) The axial direction skewness factor approached to zero like the Gaussian distribution in the cross region of twin spray. (3) In the cross region of twin spray, the fluctuation instability of droplet was increased because of the development of the turbulence characteristics due to the droplet collision.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.10
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pp.1300-1308
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2000
The objectives of this study was to investigate the spray characteristics of single spray and twin spray in the overlap region such as mean axial velocity, mean radial velocity, mean droplet size and probability density function of droplet size. A phase doppler anemometer was used as the measurement system for droplet size and velocity. In case of single spray, injection pressure was varied from 0.2MPa to 0.7MPa. Mean axial velocity, mean radial velocity and droplet size were decreased as the distance below nozzle tip was increased. In case of twin spray, the spray characteristics were measured by varying the distance between two nozzles from 127mm to 155mm. In the overlap region, the boundary of the overlap region was determined by obtaining the distribution of mean axial and radial velocity. Droplet size was increased as the distance from nozzle tip was increased. It was found that the distribution of droplet size for twin spray in the overlap region was different to single spray.
Despite its benefit in engine thermal efficiency, gasoline-direct-injection (GDI) engines generate substantial particulate matter (PM) emissions compared to conventional port-fuel-injection (PFI) engines. One of the reasons for this is that the spray collapse caused by the spray-to-spray interaction forms the locally rich fuel-air mixture and increases the fuel wall film. Previous studies have investigated the spray collapse phenomenon through the macroscopic observation of spray behavior using laser optical techniques, but it is somewhat difficult to understand the interaction between sprays that is initiated in the near-nozzle region within 10 mm from the nozzle exit. In this study, the spray structure, droplet size and velocity data were obtained using an X-ray imaging technique from the near-nozzle to the downstream of the spray to investigate the spray-to-spray interaction and discuss the effects of spray collapse on local droplet size and velocity distribution. It was found that as the ambient density increases, the spray collapse was promoted due to the intensified spray-to-spray interaction, thereby increasing the local droplet size and velocity from the near-nozzle region as a result of droplet collision/coalescence.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.2
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pp.548-558
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1995
An experimental investigation has been conducted to study the spray and combustion characteristics using the air-assisted twin fluid atomizer. Axial mean and fluctuating velocity components as well as drop-size distributions in non-reaction spray were measured with a nonintrusive phase doppler technique. Droplet number density distributions were also visualized using high speed CCD camera. Locations of spray and flame boundaries are obtained by direct photographic method. It is confirmed that at the fixed fuel flow rate, the increase of the atomizing air flow causes improvements on both spray and combustion characteristics under stable flame conditions. Internal group combustion modes where flame is located inside the spray boundary are observed to exist in the upstream region of higher droplet number density.
Halogen-based fire suppressing agents have been the most effective fire suppressants and widely used for flammable liquid and electric fire. However they have environmental problems causing stratospheric ozone depletion and globe warming. As a substitution of halon, fire suppression system using fine water mist is one of an effective fire suppressant. Suffocating and cooling effects of water mist are increased by the evaporation characteristics because it has droplet size less than 1,000 $\mu{m}$ and very large surface area. In this study, the extinguishing characteristics of fire was measured with changing of water mist droplet size, flow density; discharge pressure, and fire size. As a result, the extinguishing time of pool fire was shortened with the increase of flow density and in case of low flow density less than 0.5$\pm$0.05 ml/$\textrm{cm}^2$ . min, the extinguishing time was shortened with the increase of droplet size. The cycling discharge was effective for $\eta$-heptane pool fire, and total amount of water mist required to extinguish fire was reduced to a quarter compare with continuous discharge.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.4
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pp.473-485
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1997
Detailed experimental study has been made of air blast kerosene spray flames with and without swirl in combustion air flow. Phase-Doppler detect technique is used to measure Sauter mean diameter, axial component mean and rms velocity, size-velocity correlation, and number density. These measurements are obtained for both nonreacting and reacting cases under several stable flame conditions. The results show that the introduction of swirl to the combustion air modifies the spatial distribution of droplet size, velocity, and number density, and thus alters the flame structure. However, due to the weak swirl intensity, the overall structure of swirling flames are essentially same as that of nonswirling flames. Physical model of structure of air blast atomized spray flames is projected to show that spray flames are composed of three distinct regions: the two-phase mixture region, the main reaction and the intermittent combustion region. Near the atomizer, two phase mixture of droplet and air is formed in the core region. This dense spray region is characterized by high droplet number density and the strong convective effect. There follows the main combustion region where the main flame penetrates within the spray boundary. Main reaction region of these flames are governed by internal group combustion mode. Finally there exists the intermittent combustion region where local group burning or isolated droplet burning occurs.
A number of droplet breakup models have been developed to predict the diesel spray. The capabilities of droplet deformation and breakup models such as TAB, ETAB, DDB and APTAB models are evaluated in modeling the non-evaporating diesel sprays injected into atmosphere. New methods are also suggested that take into account the non- spherical shape of droplets and the reduced drag force by the presence of neighbouring droplets. The KIVA calculations with standard ETAB, DDB, and APTAB models predict well the spray tip penetrations of the experiment, but overestimate the Sauter mean Diameter(SMD) of droplets. The calculation with non spherical droplets injected from the nozzle shows very similar results to the calculation with spherical droplets. The drag coefficient which is linearly increased with the time after start of injection during the breakup time gives the smaller SMD that agrees well with the experimental result.
Lee, Seok Hwan;Kim, Hyunwoo;Do, Hyungrok;Yoh, Jack J.
한국연소학회:학술대회논문집
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2015.12a
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pp.215-218
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2015
Simultaneous laser ignition and spectroscopy is a scheme that enables rapid determination of the local equivalence ratio and condensed fuel concentration during a reaction in a two phase spray flame. We have conducted quantitative analysis of the LIBS signals according to the equivalence ratio, droplet size, droplet number density and droplet concentration as a part of novel feedback control strategy proposed for flame ignition and stabilization with simultaneous in situ combustion flow diagnostics. This is a desirable scheme since such real time information onboard an engine for instance can be constantly monitored and fed back to the control loop to enhance the mixing process and minimize emissions of unwanted species and potential combustion instability.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.1
s.256
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pp.11-17
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2007
In this paper, we present a design, analysis, fabrication and performance test of the novel DoD metal-jet system for application to the high-density and high-temperature-melting materials. The theoretical analysis of the metal-jet nozzle system is derived by using electro-mechanical analogy. Based on the theoretical analysis results, we design the metal-jet print head system and fabricate the metal-jet system, which can eject the droplet of lead-free metal solder in high-temperature. In the experimental test, we set up the test apparatus for visualization of the droplet ejection and measure the ejected droplet volume and velocity. As a result, the diameter, volume and the velocity of the ejected droplet are about 65 $\mu$m $\sim$ 70 $\mu$m, 145p1 $\sim$ 180 pl and 4m/s, which shows quite good agreement with the theoretical analysis results of the 75 $\mu$m-diameter and 220 pl-volume of droplet. In comparison with the experimental result, the errors of diameter and volume are 7% $\sim$ 13% and 18 $\sim$ 34%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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