The Y-jet nozzle has benefits such as simple design and wide operating conditions. Because of these benefits, it is used in various combustion devices including industrial boilers. The most important variables in the design of the Y-jet nozzle are the mixing chamber length, the supply diameter of the liquid fuel and gas, and the exit orifice diameter. In addition, because of the use of a twin-fluid, optimized data is required depending on the spray condition. In this study, spray experiment was carried out under the pressure condition of 7 bar or more, which is the spraying condition used in industry. There was no change in flow rate with the length of the Y-jet nozzle mixing chamber, but the difference in SMD was confirmed. Adjusting the exit orifice diameter is most important to achieve the desired flow rate. Changes in the liquid and gas inlet port diameters ratio were found to be help improve the operating range and significant difference in SMD was observed.
Jeong, Minuk;Yu, Young Soo;Yang, Seungho;Choi, Minhoo;Park, Sungwook
Journal of ILASS-Korea
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v.26
no.3
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pp.111-119
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2021
Deteriorated agricultural diesel engines using mechanical fuel injection systems have low fuel injection pressures. And they are not equipped with an exhaust gas abatement device, so it produces a lot of exhaust gas. Remanufactured used injectors can reduce emissions because spray characteristics are improved. In addition, remanufacturing is environmentally friendly and economical compared to producing new parts. For efficient injector remanufacturing, it is necessary to conduct a comparison experiment on the spray characteristics of an used mechanical injector and a new injector of the same model. In this study, the spray characteristics of the two injectors were compared by performing an injection quantity measurement and a spray visualization experiment. As a result, the used injector had a larger injection quantity, a shorter spray tip penetration, a wider spray angle and a smaller spray area than the new injector.
In order to improve the overall efficiency and meet the emission regulations of boiler systems, the heat exchanging methods between inlet air and exhaust gas have been used in boiler systems, named as the waste-heat-recovery condensing boiler. Recently, to further improve the overall efficiency and to reduce the NOx emission simultaneously, the concept of the water injection into the inlet air is introduced. This study suggests the models for the optimized design parameters of water injection for waste-heat-recovery condensing boilers and performs the analysis regarding the water injection amount and droplet sizes for the optimized water injection. At first, the required amount of the water injection was estimated based on the 1st law of thermodynamics under the assumption of complete evaporation of the injected water. The result showed that the higher the inlet air and exhaust gas temperature into the heat exchanger, the larger the amount of injected water is needed. Then two droplet evaporation models were proposed to analyze the required droplet size of water injection for full evaporation of injected water: one is the evaporation model of droplet in the inlet air and the other is that on the wall of heat exchanger. Based on the results of two models, the maximum allowable droplet sizes of water injection were estimated in various boiler operating conditions with respect to the residence time of the inlet air in the heat exchanger.
Metal-additive manufacturing techniques, such as selective laser sintering (SLS), are increasingly utilized for new biomaterials, such as cobalt-chrome (Co-Cr). In this study, Co-Cr gas-atomized powders are used as charge materials for the SLS process. The aim is to understand the consolidation of Co-Cr alloy powder and characterization of samples sintered using SLS under various conditions. The results clearly suggest that besides the matrix phase, the second phase, which is attributed to pores and oxidation particles, is observed in the sintered specimens. The as-built samples exhibit completely different microstructural features compared with the casting or wrought products reported in the literature. The microstructure reveals melt pools, which represent the characteristics of the scanning direction, in particular, or of the SLS conditions, in general. It also exposes extremely fine grain sizes inside the melt pools, resulting in an enhancement in the hardness of the as-built products. Thus, the hardness values of the samples prepared by SLS under all parameter conditions used in this study are evidently higher than those of the casting products.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.58.2-58.2
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2012
Heavy hydrocarbon reforming is a core technology for "Dirty energy smart". Heavy hydrocarbons are components of fossil fuels, biomass, coke oven gas and etc. Heavy hydrocarbon reforming converts the fuels into $H_2$-rich syngas. And then $H_2$-rich syngas is used for the production of electricity, synthetic fuels and petrochemicals. Energy can be used efficiently and obtained from various sources by using $H_2$-rich syngas from heavy hydrocarbon reforming. Especially, the key point of "Dirty energy smart" is using "dirty fuel" which is wasted in an inefficient way. New energy conversion laboratory of KAIST has been researched diesel reforming for solid oxide fuel cell (SOFC) as a part of "Dirty energy smart". Diesel is heavy hydrocarbon fuels which has higher carbon number than natural gas, kerosene and gasoline. Diesel reforming has difficulties due to the evaporation of fuels and coke formation. Nevertheless, diesel reforming technology is directly applied to "Dirty fuel" because diesel has the similar chemical properties with "Dirty fuel". On the other hand, SOFC has advantages on high efficiency and wasted heat recovery. Nippon oil Co. of Japan recently commercializes 700We class SOFC system using city gas. Considering the market situation, the development of diesel reformer has a great ripple effect. SOFC system can be applied to auxiliary power unit and distributed power generation. In addition, "Dirty energy smart" can be realized by applying diesel reforming technology to "Dirty fuel". As well as material developments, multidirectional approaches are required to reform heavy hydrocarbon fuels and use $H_2$-rich gas in SOFC. Gd doped ceria (CGO, $Ce_{1-x}Gd_xO_{2-y}$) has been researched for not only electrolyte materials but also catalysts supports. In addition, catalysts infiltrated electrode over porous $La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.8}Mg_{0.2}O_3-{\delta}$ and catalyst deposition at three phase boundary are being investigated to improve the performance of SOFC. On the other hand, nozzle for diesel atomization and post-reforming for light-hydrocarbons removal are examples of solving material problems in multidirectional approaches. Likewise, multidirectional approaches are necessary to realize "Dirty energy smart" like reforming "Dirty fuel" for SOFC.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.7
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pp.675-682
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2013
To verify the effect of inner- and outer-stage gas jets, a shear coaxial injector was designed to analyze the axial velocity profile and breakup phenomenon with an increase in the measurement distance. When the measurement position was increased to Z/d=100, the axial flow showed a fully developed shape due to the momentum transfer, aerodynamic drag effect, and viscous mixing. An inner gas injection, which induces a higher momentum flux ratio near the nozzle, produces the greater shear force on atomization than an outer gas injection. Inner- and Outer-stage gas injection do not affect the mixing between the inner and outer gas flow below Z/d=5. The experiment results showed that the main effect of liquid jet breakup was governed by the gas jet of an inner stage. As the nozzle exit of the outer-stage was located far from the liquid column, shear force and turbulence breaking up of the liquid jets do not fully affect the liquid column. In the case of an inner-stage gas injection momentum flux ratio within 0.84, with the increase in the outer gas momentum flux ratio, the SMD decreases. However, at an inner-stage gas jet momentum flux ratio over 1.38, the SMD shows the similar distribution.
Park, Chong-Sang;Lee, Tae-Won;HA, Jong-Yul;Chung, Sung-Sik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.3
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pp.402-410
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2000
As the combustion process of CWM consists of the water evaporation, the release and combustion of volatile matter, and the combustion of char for every particle, it is more complex than that of existent liquid fuel. Though the many studies on CWM combustion have been carried out by the single droplet using hanging methods or the multiple droplet using atomization methods, any report don't presents definite solution about the effects by the initial water evaporation and combustion of volatile. When CWM is suddenly exposed in the high temperature surroundings, the internal water evaporates and then each droplet builds up pores. Besides, porosity rate changes along the temperature of surroundings, the composition ratio of CWM, and the initial diameter of droplet. In result, because it affects the whole combustion rate, the combustion of CWM has complex mechanism as compared with the combustion of liquid or gas fuel. Therefore, concentrating on porous structure of CWM, this study has proceeded to acquire the basic data on the CWM injection combustion and closely examines the effects of the first stage combustion on the whole combustion by measuring the diameter variations, pore rate, mass fraction burned, and the internal temperature changes of CWM droplet. The results demonstrate that $60{\sim}70%$ of initial mass is reduced during water evaporation and volatile combustion period, and swelling rate, mass faction burned, and density variation are greatly concerned with atomization of CWM etc.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.12
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pp.1489-1495
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2013
High-pressure flows are ubiquitous in many industrial fields. A representative application is fuel injection using a common-rail control system in diesel engines, where the injection pressure in the injector exceeds 1000 bar. In high-speed injection, the fluid injected through the nozzle undergoes breakup owing to the interaction with the ambient gas. The breakup process influences mixture formation, which in turn influences combustion in diesel engines. Therefore, it is very important to analyze the breakup process of fuel spray. The Reitz and Diwakar model and cascade atomization and breakup (CAB) model were used in this study as sub-models for the numerical analysis of the breakup process of fuel spray. This study aims to precisely analyze the breakup process of spray and to investigate the breakup frequency of the injected fuel. Consequently, it proposes a suitable sub-model for analyzing the breakup process of a diesel spray by using CFX, a commercial CFD program.
Fire sprinkler initial spray was analyzed by Large eddy simulation (LES) and Volume of Fluid (VoF) integrated method. The IsoAdvector geometric VoF was used to identify the liquid-gas interface clearly even with the large Courant-Friedrichs-Lewy number. To reduce the computational costs, sector meshes and Adaptive Mesh Refinement up to level 3 were used. Base mesh size was 1 mm, which is roughly equivalent to the initial sprinkler droplet. Top surface radius of boss and deflector size were modified to investigate the effects of sprinkler head design on primary breakup process. When top surface radius of boss was increased, vertical liquid sheet was formed. This phenomenon reduced the sheet breakup radius, sheet thickness and velocity. Due to reduced liquid sheet thickness, a large amount of ligaments was created from the liquid sheet. As a result, there was a dramatic decrease in volume per surface area, indicating an increase in breakup process. Spray pattern viewed in radial direction also changed when top surface radius of boss increased. When top surface radius of boss was increased, a T-shaped pattern was observed while a V-shaped pattern was observed in all other cases. When the deflector size increases, the spray pattern remains V-shaped, even if the top surface radius of boss increased. Further studies on promoting atomization of the water supplied to the lower part of the sprinkler head in the T-shape pattern should be conducted.
An experimental study is conducted to investigate the effects of fuel temperature on the spray characteristics of a dual-orifice type swirl injector which is used in gas turbines. The major parameters affecting spray characteristics are fuel temperature and injection pressure entering into the injector. Fuel temperature is shown to have strong influence on the spray characteristics especially at a lower temperature. In this study, fuel temperature is varied from $30^{\circ}C$ to $120^{\circ}C$ and injection pressure is altered from 3 to $7 kg_{f}$ /$cm^{2}$. Two kinds of fuel, which have different surface tension and viscosity, are chosen as an atomizing fluid. As a result, injection instability occurs in the low temperature range due to icing phenomenon and the change of fuel properties. As the injection pressure increases, the kinematic viscosity range for stable atomization becomes wider. The factor controlling the SMD of spray is substantially different depending on the fuel temperature range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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