Recently, HSDI (High Speed Direct Injection) diesel engine has been spotlighted as a next generation engine because it has a good potential for high thermal efficiency and fuel economy. This study was carried out to investigate the in-cylinder flow characteristics generated in a 4-valve small diesel cylinder head with a tangential and helical intake port. The flow characteristics such as coefficient of flow rate(Cf), swirl ratio (Rs), and mass flow rate (ms) were measured in the steady flow test rig using the impulse swirl meter and the analysis of in-cylinder flow field was conducted by experiment using the PIV and calculation using the commercial CFD code. As the results from steady flow test indicate, the mass flow rate of the cylinder head with a short distance between the two intake ports is increased over 13% than that of the other head. However, the non-dimensional swirl ratio is decreased approximately 15%. From in-cylinder flow characteristics obtained by PIV and CFD calculation, we found that the swirl center was eccentric from the cylinder center and the velocity distribution became uniform near the TDC. In addition, the results of the calculation are good agreement with the experimental results.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제8권2호
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pp.113-123
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2015
The efficiency of the ventilation system is a key point for durable and reliable electric generators. The design of such system requires a detailed understanding of the air flow in the generator. Computational fluid dynamics (CFD) has the potential to resolve the lack of information in this field. The present work analyses the air flow inside a generator model. The model is designed using a CFD-based approach, and manufactured by taking into consideration the experimental and numerical requirements and limitations. The emphasis is on the possibility to accurately predict and experimentally measure the flow distribution inside the stator channels. A major part of the work is focused on the design of an intake and a fan that gives an evenly distributed flow with a high flow rate. The intake also serves as an accurate flowmeter. Experimental results are presented, of the total volume flow rate, the total pressure and velocity distributions. Steady-state CFD simulations are performed using the FOAM-extend CFD toolbox. The simulations are based on the multiple rotating reference frames method. The results from the frozen rotor and mixing plane rotor-stator coupling approaches are compared. It is shown that the fan design provides a sufficient flow rate for the stator channels, which is not the case without the fan or with a previous fan design. The detailed experimental and numerical results show an excellent agreement, proving that the results reliable.
Most of the intake facilities of small agricultural reservoirs are conduits and they are regarded as serious defects due to the structural weakness that penetrates the body of the dam, and countermeasures are needed. This study suggests the application method of siphon type water intake facility by hydraulic model test and physical scale model test of siphon type water intake facility which has high safety and easy maintenance. Experimental results show that sufficient flow rate can be secured for the purpose of intaking water according to the differential head between the reservoir and the discharge part, and the flow rate can be controlled by the valve. The negative pressure was -31.5 kPa, and vibration and noise did not occur during the operation of the siphon. The maximum flow velocity in the discharge outlet was 1.11 m/s which meets the criterion for irrigation canals. Therefore, scour risk would be very low. As a result of the inflow distribution experiment, even if the inflow part is separated by only about 0.8 m, the flow velocity is remarkably decreased, so that the clogging by debris would not appear. When the pump was operated only once for the first time and the inside of the siphon was filled with water, continuous operation was possible by only valve operation. The results of this study are expected to be used for the design guidelines of the water intake facilities and improve safety and maintenance convenience of agricultural reservoirs.
Steady flow bench test is a practical, powerful and widely used test in most engine manufacturers to give a design concept of a new engine. In order to use steady data as a performance index, it is necessary to build some database, which can correlate the port characteristics with engine data. However, it is very hard to investigate all port and valve shapes with experimental tools. The steady flow scheme is relatively simple and its results are bulk ones such as flow rate and momentum of flow. Therefore a CFD code can be easily applied to the port evaluation. In this study, the steady flow test was simulated through two and three-dimensional analysis on intake port design for comparing with experimental data and confirming the feasibility of applying analytic method. For this purpose, the effect of valve curvature on flow rate was estimated by a CFD code. There results were compared with those of real steady flow tests. As a result, the 2-D analysis described the phenomena qualitatively well, and also the results of 3-D analysis were almost consistent with experimental data.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권4호
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pp.423-429
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2012
밀러 사이클은 저배기 및 고효율 달성으로 Tier II 규제뿐만 아니라 $CO_2$ 저감을 동시에 달성할 수 있는 기술로 알려져 있다. 그러나 이를 위해서는 충분한 흡입공기량이 확보되어야 하며 흡기계통은 공기저항을 최소화할 수 있는 형상으로 개선되어야 한다. 본 연구에서 흡기계통 설계 및 사이클 해석에 활용하기 위한 기초 자료 확보를 위해 흡기밸브의 유량계수를 측정하였다. 유량계수 측정에는 정상유동장치를 이용하였다. 중속 박용기관에 사용되는 포핏 밸브를 대상으로 실험을 수행한 결과, 흡기밸브 유량계수는 밸브양정의 증가에 따라 약 0.62까지 지속적으로 증가하는 경향이며 행정/보어 비와는 무관한 흡기밸브 고유의 특성이 있음을 확인하였다.
The perpose of this study was to suggest the experimental characteristic of the Cherepnov Water Lifter following the drain mode. The Cherepnov Water Lifter(CWL), which is powered by the potential energy of water, can be set to operate automatically when the water m a tank is drained. In this study, a CWL is constructed in the valve drain controlling mode(VCM) and the siphon drain controlling mode(SCM), and a pressure transducer is installed. It was found that, in the VCM, intake flow volume is proportional to both delivery flow volume and drain flow volume. In the SCM, intake flow volume is proportional to drain flow volume, and the average delivery rate is proportional to both efficiency and the water utilization ratio. Also, in the VCM, the water utilization ratio is 35~49%, efficiency is 62~9O%, average delivery rate is 12.8~81.2$cm^3$/s, and the average drain rate is 14.O~91.5c$cm^3$/s. On the contrary in the SCM, the water utilization ratio is 1.7~38%, efficiency is 3~58%, average delivery rate is 3.1 ~69.2$cm^3$/s, and the average drain rate is shown as 114.5~ 183$cm^3$/s. As a result of the water utilization ratio, efficiency, average delivery rate, and average drain rate are compared, the VCM is found to be superior and the more economical mode. However, the VCM requires manpower and electricity to operate the electronic machinery involved, while the SCM requires no manpower or electricity at all. An economic evaluation of these differences will be necessary in the future. Also, in the SCM, studies to improve water utilization ratio and efficiency, to find the optimum height of the siphon for decreasing the average drain rate, and to determine the radius of curvature of throat have to be conducted in advance, since a large flow rate is drained during the priming action of the siphon.
본 연구에서는 상류단 경계조건으로 입력되는 본류 유량에 생성과 소멸로 작용하는 지천유입량과 취수량을 포함하여 취수장에서의 취수가 하천흐름 및 수질에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 팔당댐 직하류부터 잠실수중보 구간에 RMA-2 모형과 RMA-4 모형을 적용하였다. 수치모의 결과, 잠실수중보 상류에 위치해 있는 5개 취수장에서의 취수는 해당 하천 구간의 유량을 변화시키게 되며, 이는 하천의 수위, 유속 등 수리학적 인자를 변화시키는 것으로 밝혀졌다. 이러한 취수량 반영에 따른 수위 및 유속 변화는 해당 하천 구간의 수질의 변화를 초래하는 것으로 나타났다. 취수장에서 빠져나가는 유량을 포함하여 모의한 경우, 구의, 자양, 풍납취수장 부근에서 취수에 의한 유량 손실로 인하여 유속구조가 심하게 교란되었으며, 취수를 고려하지 않은 경우에 비해 유속은 평균 25% 낮게, 수위는 1.5 cm 높게 나타났다. 취수를 고려하지 않은 경우 전 구간에 걸쳐 농도분포가 평행하게 나타났으나, 취수의 영향을 고려한 경우 구의, 암사 및 자양 취수장 부근에서의 농도분포가 크게 변화함을 확인할 수 있었다. 또한 취수를 고려한 경우 취수에 의한 유랑소멸로 하류구간에서 취수를 고려하지 않은 경우에 비해 BOD 농도가 높게 나타났다. 따라서 자연하천의 동수역학적 흐름 및 오염물질 혼합거동을 보다 정확히 해석하기 위해서는 지천 합류량 뿐만 아니라 취수장으로부터 유출되어 빠져나가는 취수량을 동시에 고려해야 하는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 화력발전소 순환수취수로의 유량증가가 취수펌프장 흐름에 미치는 영향을 해석하고 개선하기 위하여 수리 및 수치모형실험을 수행하였다. 수치모형실험결과에 의하면 화력발전소 순환수취수로의 유량이 증가하면 취수로내의 유속과 순환수취수 펌프장의 연직방향와도가 증가하여 순환수취수 펌프장내의 와류발생가능성이 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 수리모형실험을 수행하여 순환수취수펌프장 유입부의 수면 근처 흐름은 거의 균등한 유량 배분이 이루어지고 반면에, 바닥 근처의 흐름은 유량 배분이 균등하게 이루어지지 못하여 취수펌프장내에서 역류현상이 발생하는 것을 밝혀냈다. 삼각형 도류벽을 취수펌프장 유입부에 설치하여 유속분포의 불균일성을 제거할 수 있었고 역류발생문제를 제거하였다.
The three-dimensional fluid motion through the intake port and cylinder of a single DOHC SI engine was investigated with a commercial computational fluid dynamics simulation program, STAR-CD. This domain includes the intake port, intake valves and combustion chamber. Steady induction port flows for various valve lifts have been simulated for an actual engine configuration. The geometry was obtained by direct interface with a three-dimensional CAD software for complicated port and valve shape. The computational grid was generated using the commercial preprocessor ICEM CFD/CAE. Detailed procedures were presented on the generation of the geometry and the block-structured mesh. A standard k-${\varepsilon}$ turbulent model was applied to consider the complexity of the geometry and the fluid motion. The global flow patterns and the distributions of various quantities, such as pressure, velocity magnitude around the valve seat etc., were examined. The computational results, such as mass flow rate, discharge coefficient etc., for various valve lifts were compard with the experimental results and the computational results were found in good agreement with the experiment.
Intake air conditions, such as air temperature, pressure, and humidity, are very important parameters that influence engine performance including combustion and emissions characteristics. The purpose of this study is to investigate the effects of intake air temperature on combustion and exhaust emissions characteristics in a single cylinder diesel engine. In this experiment, an air cooler and a heater were installed on the intake air line and a gas flow controller was installed to maintain the flow rate. It was found that intake air temperature induced the evaporation characteristics of the fuel, and it affects the maximum in-cylinder pressure, IMEP(indicated mean effective pressure), and fuel consumption. As the temperature of intake air decreases, the fuel evaporation characteristics deteriorate even as the fuel temperature has reached the auto-ignition temperature, so that ignition delay is prolonged and the maximum pressure of cylinder is also reduced. Based on the increase in intake air temperature, nitrogen oxides(NOx) increased. In addition, the carbon monoxide(CO) and unburned hydrocarbons(UHC) increased due to incomplete fuel combustion at low intake air temperatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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