Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.1
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pp.8-19
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2001
A number of atomization and droplet breakup models have been developed and used to predict the diesel spray characteristic. Most of these models could not provide reasonable computational result of the diesel spray characteristic because they have only considered the primary breakup. A hybrid model is, therefore, required to develop by considering the primary and secondary breakup of liquid jet. according to this approach, wave breakup(WB) model was used compute the primary breakup of the liquid jet and droplet deformation and breakup(DDB) model was used for the secondary breakup of droplet. Development of hybrid model by using KIVA-II code was performed by comparing with the experimental data of spray tip penetration and SMD from the literature. A hybrid model developed in this study could provide the good agreement with the experimental data of spray tip penetration. The prediction results of SMD were in good agreement between 0.5 and 1.0 ms after the start of injection. Numerical results obtained by the present hybrid model have the good agreement with the experimental data with the breakup time constant in WB model of 30, and DDB model constant Ck of 1.0 when the droplet becomes less than 95% of maximum droplet diameter injected.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.6
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pp.187-194
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2005
The objective of this study is to validate the hybrid breakup model and the vaporization model for GDI spray analysis at vaporization and non-vaporization conditions. The atomization process is modeled by using hybrid breakup model that is composed of Linearized Instability Sheet Atomization (LISA) model and Aerodynamically Progressed Taylor Analogy Breakup (APTAB) model. The vaporization process is modeled by using modified Abramzon & Sirignano model. The exciplex fluorescence method was used for comparing the calculated results with the experimental ones. The experiment and the calculation were performed at the ambient pressures of 0.1 MPa, 0.5 MPa and 1.0 MPa and the ambient temperature of 293K and 473K.
The purpose of this study is to analyze spray and evaporation characteristics of DME fuel at the high pressure and temperature. For the numerical analysis of dimethyl ether(DME) fuel spray characteristics, hybrid breakup model was applied to the DME spray and its breakup process. In order to obtain experimental results for comparison with the predicted ones, the visualization of the spray evolution process was executed by using a Nd:YAG laser. Also, the numerical investigation was conducted by the two hybrid models for primary and secondary breakup of the DME spray. The primary breakup model was used the Kelvin-Helmholtz(KH) breakup model. In the secondary breakup process, Rayleigh-Taylor(RT) and Drop Deformation Breakup(DDB) model was applied. The results of this study provide the macroscopic characteristics of the spray such as spray tip penetration and cone angle, and prediction accuracy of the two hybrid model.
In this study, numerical and experimental analysis on the spray atomization characteristics of a GDI injector is performed. For numerical approach, four hybrid models that are composed of primary and secondary breakup model are considered. Concerning the primary breakup, a conical sheet disintegration model and LISA model are used. The secondary breakup models are made based on the DDB model and RT model. The global spray behavior is also visualized by the shadowgraph technique and local Sauter mean diameter and axial mean velocity are measured by using phase Doppler particle analyzer Based on the comparison of numerical and experimental results, it is shown that good agreement is obtained in terms of spray developing process and spray tip penetration at the all hybrid models. However, the hybrid breakup models show different prediction of accuracy in the cases of local SMD and the spatial distribution of breakup.
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.
Although the classic Kelvin-Helmholtz model of aerodynamically driven jet breakup(primary breakup) has been widely employed in engine CFD codes for the last three decades, the model is not generally predictive. This lack of predictive capability points to the likelihood of an incorrect physical basis for the model formulation. As such, there have been more recent spray-model development efforts that incorporate additional sources of jet instability and breakup, including nozzle-generated turbulence and cavitation but predictive capabilities have remained elusive. Meanwhile, it should be noted that modern combustors increasingly operate under low-temperature combustion(LTC) conditions, where ambient densities and aerodynamic forces are much lower than under classical operating conditions. Therefore, further consideration of physical model formulation is needed. The previous literature introduced a new primary atomization modeling approach premised on experimental measurements by the Faeth group, which demonstrate that breakup is governed by nozzle-generated turbulence under low ambient density conditions. In this new modeling approach, termed the KH-Faeth model, two different primary breakup models are combined to allow the hybrid breakup modeling approach, i.e. Kelvin- Helmholtz instability breakup mechanism and turbulence-induced breakup are competed via dominant breakup rate evaluation. In the current work, we implement this hybrid KH-Faeth model within the open-source CFD framework OpenFOAM and validate the model against detailed drop sizing measurements stemming from collaborative experiments between Georgia Tech and Argonne National Laboratory.
Park, Sung-Wook;Kim, Hyung-Jun;Rhyu, Youl;Lee, Chang-Sik
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.6
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pp.27-33
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2002
This paper presents the comparison of prediction accuracy of hybrid models. To obtain the experimental results fur comparing with the numerical results, the macroscopic and microscopic structures of the hollow-cone spray such as spray development process, spray penetration and the distribution of mean droplet size are investigated by using a shadowgraph technique and phase Doppler particle analyzer. Also, the numerical researches using various hybrid models are performed. LISA model and WAVE model are used for the primary breakup, and TAB, DDB, and RT model are used for the secondary breakup.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.12
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pp.1744-1749
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2003
The purpose of this study is to obtain the information about the development process of GDI spray. To acquire the characteristics of GDI spray, the computational study of hollow cone spray for high-pressure swirl injectors was performed. Several hybrid models using the modified KIVA code have been introduced and compared. WB model and LISA model were used for the primary breakup, and DDB and APTAB models were used for secondary breakup. To compare with the calculated results, the experimental results such as cross-sectional images and SMD distribution were acquired by laser Mie scattering technique and Phase Doppler Analyzer respectively. The results show that LISA+APTAB hybrid model has the best prediction for spray formation process.
This paper presents the effect of injection pressure on the atomization characteristics of high-pressure injector in a direct injection gasoline engine both experimentally and numerically. The atomization characteristics such as mean droplet size, mean velocity, and velocity distribution were measured by phase Doppler particle analyzer. The spray development, spray penetration, and global spray structure were visualized using a laser sheet method. In order to investigate the atomization process in more detail, the calculations with the LISA-DDB hybrid model were performed. The results provide the effect of injection pressure on the macroscopic and microscopic behaviors such as spray development, spray penetration, mean droplet size, and mean velocity distribution. It is revealed that the accuracy of prediction is promoted by using the LISA-DDB hybrid breakup model, comparing to the original LISA model or TAB model alone. And the characteristics of the primary and secondary breakups have been investigated by numerical approach.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.3
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pp.44-50
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2004
The purpose of this study is to improve the prediction ability of the atomization and vaporization processes of GDI spray under high-pressure and high-temperature conditions. Several models have been introduced and compared. The atomization process was modeled using hybrid breakup model that is composed of Conical Sheet Disintegration (CSD) model and Aerodynamically Progressed TAB(APTAB) model. The vaporization process was modeled using Spalding model, modified Spalding model and Abramzon & Sirignano model. Exciplex fluorescence method was used for comparing the calculated with the experimental results. The experiment and calculation were performed at the ambient pressure of 0.5 MPa and 1.0 MPa and the ambient temperature of 473k. Comparison of caldulated and experimental spray characteristics was carried out and Abramzon & Sirignano model and modified Spalding model had the better prediction ability for vaporization process than Spalding model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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