• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.31 no.5
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• pp.467-472
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• 2007

In this study the penetration distance of liquid phase fuel(i.e. liquid phsae length) was investigated in evaporative field. An exciplex fluorescence method was applied to the evaporative fuel spray to measure and investigate both the liquid and the vapor phase of the injected spray. For accurate investigation, images of the liquid and vapor phase regions were recorded using a 35mm still camera and CCD camera, respectively. Liquid fuel was injected from a single-hole nozzle (l/d=1.0mm/0.2mm) into a constant-volume chamber under high pressure and temperature in order to visualize the spray phenomena. Experimental results indicate that the liquid phase length decreased down to a certain constant value in accordance with increase in the ambient gas density and temperature. The constant value, about 40mm in this study the, is reached when the ambient density and temperature of the used fuel exceed critical condition.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• v.16 no.4
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• pp.532-548
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• 2002

A hybrid model consisting of a modified TAB (Taylor Analogy Breakup) model and DVM (Discrete Vortex Method) is proposed for numerical analysis of the evaporating spray phenomena in diesel engines. The simulation process of the hybrid model is divided into three steps. First, the droplet breakup of injected fuel is analyzed by using the modified TAB model. Second, spray evaporation is calculated based on the theory of Siebers'liquid length. The liquid length analysis of injected fuel is used to integrate the modified TAB model and DVM. Lastly, both ambient gas flow and inner vortex flow of injected fuel are analyzed by using DVM. An experiment with an evaporative free spray at the early stage of its injection was conducted under in-cylinder like conditions to examine an accuracy of the present hybrid model. The calculated results of the gas jet flow by DVM agree well with the experimental results. The calculated and experimental results all confirm that the ambient gas flow dominates the downstream diesel spray flow.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.15 no.3
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• pp.141-146
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• 2007

In this study, the effects of change in ambient gas viscosity on spray structure have been investigated in the high temperature and pressure field. To analyze the structure of evaporative diesel spray is important in speculation of mixture formation process. Emissions of diesel engines can be reduced by the control of the mixture formation process. Therefore, this study examines the evaporating spray structure in the constant volume chamber. The viscosity of ambient gas was selected as the experimental parameter, is changed from 21.7 mPa s to 32.1 mPa s by changing in ambient gas temperature. In order to obtain images of the liquid and vapor-phase of injected spray, exciplex fluorescence method was used in this study. The liquid and vapor-phase images were taken with 35mm still camera and CCD camera, respectively. Consequentially, it could be confirmed that the distribution of vapor concentration is more uniform in the case of the ambient gas with high viscosity than in that of the ambient gas with low viscosity.

• Journal of Power System Engineering
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• v.9 no.4
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• pp.209-213
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• 2005

The effects of density change of ambient gas on mixture formation process have been investigated in high temperature and pressure field. To analyze the mixture formation process of evaporating diesel spray is important for emissions reduction in actual engines. Ambient gas density was selected as experimental parameter. The ambient gas density was changed from $r_a=5.0kg/m^3\;to\;r_a=12.3kg/m^3$ with a high pressure injection system(ECD-U2). For visualization of the experiment phenomenon, a CVC(Constant Volume Chamber) was used in this study. The ambient temperature and injection pressure are kept as 700K and 72MPa, respectively. The images of liquid and vapor phase in the evaporating free spray were simultaneously taken by exciplex fluorescence method. As experimental results, with increasing ambient gas density, the tip penetration of the evaporating free spray decreases due to the increase in the drag force from ambient gas.

• Journal of Power System Engineering
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• v.15 no.3
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• pp.5-11
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• 2011

디젤기관의 경우는 종래부터 직분식이 주류를 이루었고, 근래에는 분사압력의 고압화가 진행중이다. 분사압력의 고압화에 의해 연소효율의 향상 및 배출가스중의 입자상물질(PM:Particulate Matter)의 저감을 유도하고 있으나, 연소가스의 고온화로 인해 질소산화물(NOx:Nitrogen Oxides)은 증가한다. 따라서, 분사기간의 지연(Retard)이나 파일럿분사(Pilot injection)등의 혼합기제어에 의해 질소산화물의 저감을 꾀하고 있다. 이와 같이 디젤기관에 있어서도 혼합기 형성의 최적화에 의한 연소제어를 시도하는 수법이 중시되고 있고, 이를 위해서는 디젤분무 구조에 기초한 혼합기의 형성기구에 대한 규명이 매우 중요하다. 그러므로 본 연구에서는 보다 고도의 혼합기형성 제어를 위한 기초연구로서 고온 고압장에서의 증발디젤자유분무구조를 해석하였으며, 계측영역은 연료와 주위기체와의 혼합이 활발히 진행되는 분무의 하류영역으로 설정하고, 입자화상속도측정법(particle Image Velocimetry:PIV)을 이용한 분무의 유동해석을 기초로 증발 디젤분무의 구조 해석을 행하였다. 실험조건으로서 분사압력을 72MPa, 112MPa로 각각 변화시켰다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• v.15 no.7
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• pp.951-961
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• 2001

The present article presents an extension to the computational model for spray/wall interaction and liquid film processes that has been dealt with in the earlier studies (Lee and Ryou, 2000a). The extensions incorporate film spread due to impingement forces and dynamic motion induced by film inertia to predict the dynamic characteristics of wall films effectively. The film model includes the impingement pressure of droplets, tangential momentum transfer due to the impinging droplets on the film surface and the gas shear force at the film surface. Validation of the spray/wall interaction model and the film model was carried out for non-evaporative diesel sprays against several sources of experimental data. The computational model for spray/wall interactions was in good agreement with experimental data for both spray radius and height. The film model in the present work was better than the previous static film model, indicating that the dynamic effects of film motion should be considered for wall films. On the overall the present film model was acceptable for predication of the film radius and thickness.

• Journal of Power System Engineering
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• v.14 no.2
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• pp.5-11
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• 2010

분사연료의 혼합기형성과정 최적화를 통한 연소제어 기술은 디젤기관의 기관운전 및 배기특성을 향상시키기 위하여 매우 중요하다. 또한 분무의 혼합기형성 최적화를 위해서는 분사된 연료와 주위기체와의 혼합과정에 영향을 미치는 분무내부의 유동특성에 대한 연구는 필수 불가결하다. 따라서 본 연구에서는 고온 고압의 증발장에서 분무의 액상 거동에 주목하고, 그 거동특성을 통하여 증발디젤분무의 혼합기형성을 해석한다. 비정상 증발분무의 중심축에 레이저 시트광을 입사한 후, 액상분무 액적의 Mie 산란광에 의한 2차원 화상을 획득하여 증발분무 액상의 속도분포 및 와도(vorticity) 등을 구하였다. 분무의 속도분포 및 와도는 2차원 화상에 PIV법을 적용하여 계산하였다. 그림 1에 본 연구에서 구한 속도분포의 일례를 보인다. 본 연구의 결과로 상변화를 동반하는 비정상 증발장에서 구한 분무액상의 거동 특성은 상변화가 일어나지 않는 비증발장에 있어서의 분무거동특성과 유사함을 확인하였다.

• Journal of Power System Engineering
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• v.14 no.2
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• pp.16-21
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• 2010

분사된 연료의 미립화(atomization), 증발(evaporation), 그리고 혼합기형성과정(mixture formation process)이 디젤엔진의 착화 및 연소특성에 영향을 미치기 때문에, 디젤엔진 내에 분사된 연료의 구조해석으로부터 일련의 과정, 즉 고압분사, 분열(breakup), 미립화, 그리고 주위기체의 난류 도입(entrainment)에 관한 연구$^{1-3)}$는 꾸준히 행해져왔다. 본 연구는 증발디젤분무의 구조해석으로부터 디젤충돌분무의 혼합기형성과정을 조사한다. 주위기체의 밀도는 실험변수로서 선택하였고, $5.0kg/m^3$에서 $12.3kg/m^3$까지 변화시켰다. 그리고 소형고속디젤엔진에 있어서 연료분사초기의 상태의 고온 고압 설정이 가능한 정적용기를 사용했다. 주위 온도와 연료분사압력은 각각 700K 및 72MPa로 일정하게 유지했다. 충동증발분무의 액상과 기상의 이미지는 엑시플렉스형광법으로 동시 계측하였다. 실험결과로서 주위기체의 밀도가 높을수록 충돌분무의 선단도 달거리가 주위기체의 항력으로 인하여 감소하였다.

• Journal of Power System Engineering
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• v.13 no.3
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• pp.20-26
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• 2009

디젤기관에서 배출되는 유해배출성분인 NOx(Nitrogen oxides)와 PM(Particulate matter)은 기관 실린더내의 혼합기 분포에 의해 그 생성이 지배된다. 이 때문에 그 유해배출물들을 저감하기 위해서는 연소의 전단계인 혼합기 분포 및 그 생성과정의 해석은 매우 중요하다. 디젤기관에서 노즐로부터 분사된 연료는 주위기체와 혼합기를 형성하는 과정에서 액체에서 기체로 상변화를 동반한다. 따라서 분무의 혼합기형성과정을 해석하기 위해서는 액상과 기상을 동시에 분리하여 계측하는 것이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 디젤분무를 대상으로 Melton 등이 제안한 엑시플렉스(Exciplex) 형광법을 이용하여, 분무의 액상과 기상을 동시에 2차원분리해서 가시화촬영을 행하였다. 그 엑시플렉스 형광법을 이용하여 획득한 이미지에 화상 응용해석을 실시하여 비정상증발디젤분무의 혼합기형성과정에 대한 정보를 얻고자 하였다. 엑시플렉스 형광법을 이용해서 증발분무의 거동측성을 해석한 결과 프랙틸해석을 이용한 분무 흐트러짐(Disturbance)의 평가에서 플랙틸차원은 분사압력의 변화에 관계없이 하나의 값, 약 1.1로 정리 할 수 있고, 그 결과 각 분사압력에 대한 분무 기상외곽곡선(외주)은 거의 동일한 정도의 요철형상을 갖는다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.3
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• pp.237-243
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• 2015

In this study, the effects of the mixing ratio of emulsified fuel on the droplet evaporation and spray behavior characteristics were analyzed. A surfactant comprising span 80 and tween 80 mixed at a 9:1 ratio was used for the emulsified fuel. The fuel and surfactant were mixed at a ratio of 3:1 for the emulsified fuel. In addition, considering the mixing ratio of the surfactant, the mixing ratio of $H_2O_2$ in the emulsified fuel was set as EF (emulsified fuel)0, EF2, EF12, EF22, EF32, and EF42. To observe the evaporation characteristics, droplets of the emulsified fuel were dropped on a heating plate and observed using scattered light and a Schlieren system. In addition, to analyze the effect of the $H_2O_2$ mixing ratio, the behavior characteristics of the evaporative free spray were investigated in the mixing ratio range of EF0 to EF22 using a constant volume chamber with heaters. Consequentially, it was found that in the case of EF22, the free spray development of the emulsified fuel was faster than that of EF0 (diesel only) because of the promotion of the evaporation due to the phase change in the peroxide contained in the emulsion fuel.